03. April 2024: JWST erkundet eine extreme Starburst-Galaxie
Inmitten eines Ortes voller neuer und junger Stars verbirgt sich eine komplizierte Unterkonstruktion
Ein Team von Astronomen hat das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA genutzt, um die Starburst-Galaxie zu untersuchen Messier 82 (M82).
Diese 12 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Ursa Major gelegene
Galaxie ist relativ kompakt, beherbergt aber eine hektische
Sternentstehung
Aktivität
Zum Vergleich: M82 lässt neue Sterne zehnmal schneller entstehen als die Milchstraße.
Unter der Leitung von Alberto Bolatto von der University of Maryland,
College Park, richtete das Team Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera)
auf das Zentrum der Starburst-Galaxie und erlangte so einen genaueren Einblick in die physikalischen Bedingungen,
die die Entstehung neuer Sterne begünstigen.
„M82 hat im Laufe der Jahre eine Vielzahl von Beobachtungen
gesammelt, da es als prototypische Starburst-Galaxie angesehen werden
kann“,
sagte Bolatto, Hauptautor der Studie.
„Sowohl das Spitzer- als auch das Hubble-Weltraumteleskop der NASA haben dieses Ziel beobachtet.
Mit der Größe und Auflösung von Webb können wir
diese Sternentstehungsgalaxie betrachten und all diese schönen,
neuen Details sehen.“
Bild: M82, beobachtet vom Hubble- und Webb-Teleskop:
Bild: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Bolatto (University of Maryland)
Auf der linken Seite ist die Starburst-Galaxie M82 zu sehen, wie sie 2006 vom Hubble-Weltraumteleskop der NASA beobachtet wurde.
Das kleine Kästchen im Kern der Galaxie entspricht dem Bereich, der bisher vom NIRCam-Instrument (Near-Infrared Camera)
am James Webb-Weltraumteleskop der NASA erfasst wurde.
Die von Webb gesehenen roten Filamente sind die Emission polyzyklischer
aromatischer Kohlenwasserstoffe, die die Form des galaktischen Windes
nachzeichnen.
Im Hubble-Bild ist Licht bei 0,814 Mikrometer rot, 0,658 Mikrometer
rot-orange, 0,555 Mikrometer grün und 0,435 Mikrometer blau
(Filter F814W, F658N, F555W bzw. F435W).
Im Webb-Bild ist Licht bei 3,35 Mikrometer rot, bei 2,50 Mikrometer
grün und bei 1,64 Mikrometer blau (Filter F335M, F250M bzw. F164N).
Eine lebendige Sternengemeinschaft
Die
Sternentstehung bleibt weiterhin geheimnisvoll, da sie von
Vorhängen aus Staub und Gas umgeben ist, die die Beobachtung
dieses Prozesses erschweren.
Glücklicherweise ist Webbs
Fähigkeit, in den Infrarotbereich zu blicken, von großem
Vorteil bei der Bewältigung dieser trüben Bedingungen.
Darüber hinaus wurden diese
NIRCam-Bilder des Zentrums des Starbursts mit einem Instrumentenmodus
aufgenommen, der verhinderte,
dass die sehr helle Quelle den Detektor überstrahlte.
Während sich selbst in dieser
Infrarotansicht dunkelbraune Ranken aus schwerem Staub durch den
leuchtend weißen Kern von M82 ziehen,
hat Webbs NIRCam einen Detaillierungsgrad enthüllt, der in der Vergangenheit verborgen blieb.
Wenn man näher zur Mitte schaut,
kennzeichnen kleine grüne Flecken konzentrierte Eisenbereiche, von
denen die meisten Supernova-Überreste sind.
Kleine rot erscheinende Flecken
kennzeichnen Regionen, in denen molekularer Wasserstoff durch die
Strahlung eines nahegelegenen jungen Sterns beleuchtet wird.
„Dieses Bild zeigt die Macht
von Webb“, sagte Rebecca Levy, Zweitautorin der Studie an der
University of Arizona, Tucson.
„Jeder einzelne weiße
Punkt in diesem Bild ist entweder ein Stern oder ein Sternhaufen. Wir
können beginnen, all diese winzigen Punktquellen zu unterscheiden,
was uns eine genaue Zählung aller Sternhaufen in dieser Galaxie ermöglicht.“
Struktur in lebhaften Bedingungen finden
Wenn man M82
im etwas längeren Infrarotwellenlängenbereich betrachtet,
kann man klumpige, rot dargestellte Ranken erkennen,
die sich über und unter der Ebene der Galaxie erstrecken. Diese
gasförmigen Streamer sind ein galaktischer Wind, der aus dem Kern
des Starbursts strömt.
Ein
Schwerpunkt dieses Forschungsteams lag auf dem Verständnis, wie
dieser galaktische Wind, der durch die schnelle Sternentstehungsrate
und nachfolgende
Supernovae verursacht wird, entsteht und seine Umgebung beeinflusst.
Durch die Auflösung eines zentralen Abschnitts von M82
könnten Wissenschaftler untersuchen, wo der Wind seinen Ursprung
hat,
und Erkenntnisse darüber gewinnen, wie heiße und kalte Komponenten im Wind interagieren.
Webbs
NIRCam-Instrument war gut geeignet, die Struktur des galaktischen
Windes anhand der Emission rußiger chemischer Moleküle,
bekannt als polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), zu verfolgen.
PAKs können als sehr kleine Staubkörner betrachtet werden,
die bei kühleren Temperaturen überleben, bei heißen
Bedingungen jedoch zerstört werden.
Zur
großen Überraschung des Teams verdeutlicht Webbs Blick auf
die PAH-Emission die Feinstruktur des galaktischen Windes, ein bisher
unbekannter Aspekt.
Die als rote Filamente dargestellte Emission erstreckt sich von der
zentralen Region weg, in der sich das Herz der Sternentstehung befindet.
Ein weiterer unerwarteter Befund war die ähnliche Struktur
zwischen der PAH-Emission und der von heißem, ionisiertem Gas.
„Es war unerwartet zu sehen, dass die PAH-Emission ionisiertem Gas ähnelt“, sagte Bolatto.
„PAKs sollten nicht sehr lange leben, wenn sie einem so starken
Strahlungsfeld ausgesetzt werden, daher werden sie möglicherweise
ständig nachgefüllt.
Es stellt unsere Theorien in Frage und zeigt uns, dass weitere Untersuchungen erforderlich sind.“
Video: Rundgang durch das M82-Bild
Credit: NASA's Goddard Space Flight Center
Einen Weg nach vorne ebnen
Webbs Beobachtungen von M82 im nahen Infrarotlicht werfen weitere Fragen zur Sternentstehung auf, von denen das Team hofft,
einige davon mit zusätzlichen, mit Webb gesammelten Daten
beantworten zu können, darunter die einer anderen
Starburst-Galaxie.
Zwei weitere Arbeiten dieses Teams, die die Sternhaufen und
Korrelationen zwischen den Windkomponenten von M82 charakterisieren,
sind fast fertiggestellt.
In naher Zukunft wird das Team spektroskopische Beobachtungen durchführen
von M82 von Webb bereit für ihre Analyse, sowie ergänzende großformatige Bilder der Galaxie und des Windes.
Spektraldaten werden Astronomen helfen, das genaue Alter der
Sternhaufen zu bestimmen und ein Gefühl dafür zu vermitteln,
wie lange jede Phase der Sternentstehung in einer Starburst-Galaxienumgebung dauert.
Auf breiterer Ebene kann die Untersuchung der Aktivität in
Galaxien wie M82 das Verständnis der Astronomen über das
frühe Universum vertiefen.
„Webbs Beobachtung von M82, einem Ziel näher bei uns, ist
eine Erinnerung daran, dass das Teleskop hervorragend darin ist,
Galaxien in allen Entfernungen zu untersuchen“, sagte Bolatto.
„Zusätzlich zur Beobachtung junger Galaxien mit hoher
Rotverschiebung können wir auch näher an der Heimat gelegene
Ziele betrachten,
um Einblicke in die Prozesse zu gewinnen, die hier ablaufen –
Ereignisse, die auch im frühen Universum stattfanden.“