Webb rzuca światło na ewolucję galaktyk i czarne dziury

Na ogromnym nowym zdjęciu, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba ujawnia nigdy wcześniej nie widziane szczegóły grupy galaktyk zwanej „Kwintetem Stephana”. Bliskie sąsiedztwo tej grupy daje astronomom możliwość przyjrzenia się  procesowi galaktycznych fuzji i interakcji. Rzadko kiedy naukowcy widzą tak szczegółowo, w jaki sposób galaktyki oddziałujące wzajemnie na siebie wyzwalają powstawanie gwiazd i jak gaz w tych galaktykach jest zakłócany. Kwintet Stephana to fantastyczne „laboratorium” do badania tych procesów fundamentalnych dla wszystkich galaktyk. Zdjęcie pokazuje również wypływy napędzane przez supermasywną czarną dziurę w jednej z galaktyk grupy na poziomie szczegółowości nigdy wcześniej nie widzianym. Takie ciasne grupy galaktyk mogły być bardziej powszechne we wczesnym wszechświecie, gdy przegrzana, opadająca materia mogła zasilać bardzo energetyczne czarne dziury.

Kwintet Stephana, wizualna grupa pięciu galaktyk, jest najbardziej znany z tego, że pojawia się w klasycznym wakacyjnym filmie „To wspaniałe życie”. Dzisiaj Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba NASA ukazuje Kwintet Stephana w nowym świetle. Ta ogromna mozaika jest największym do tej pory obrazem Webba, pokrywającym około jednej piątej średnicy Księżyca. Zawiera ponad 150 milionów pikseli i składa się z prawie 1000 oddzielnych plików graficznych. Informacje z Webba dostarczają nowych informacji na temat tego, w jaki sposób interakcje galaktyczne mogły napędzać ewolucję galaktyk we wczesnym wszechświecie.

Dzięki swojemu potężnemu widzeniu w podczerwieni i niezwykle wysokiej rozdzielczości przestrzennej Webb pokazuje nigdy wcześniej nie widziane szczegóły w tej grupie galaktyk. Obraz ozdabiają lśniące gromady milionów młodych gwiazd i obszary rozbłysku gwiazd narodzin świeżych gwiazd. Zamiatające ogony gazu, pyłu i gwiazd są ściągane z kilku galaktyk z powodu oddziaływań grawitacyjnych. W najbardziej dramatyczny sposób Webb uchwycił ogromne fale uderzeniowe, gdy jedna z galaktyk, NGC 7318B, rozbija się przez gromadę.

Razem pięć galaktyk z Kwintetu Stephana jest również znanych jako Hickson Compact Group 92 (HCG 92). Chociaż nazwane „kwintetem”, tylko cztery galaktyki są naprawdę blisko siebie i uwikłane w kosmiczny taniec. Piąta i najbardziej wysunięta na lewo galaktyka, zwana NGC 7320, znajduje się na pierwszym planie w porównaniu z pozostałymi czterema. NGC 7320 znajduje się 40 milionów lat świetlnych od Ziemi, podczas gdy pozostałe cztery galaktyki (NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B i NGC 7319) są oddalone o około 290 milionów lat świetlnych. W kosmosie jest to wciąż dość blisko, w porównaniu z bardziej odległymi galaktykami oddalonymi o miliardy lat świetlnych. Badanie takich stosunkowo bliskich galaktyk, takich jak te, pomaga naukowcom lepiej zrozumieć struktury obserwowane w znacznie bardziej odległym wszechświecie.

Ta bliskość zapewnia astronomom możliwość obserwacji scalania się i interakcje między galaktykami, które są tak kluczowe dla całej ewolucji galaktyk. Rzadko kiedy naukowcy widzą tak szczegółowo, w jaki sposób galaktyki oddziałujące wzajemnie na siebie wyzwalają powstawanie gwiazd i jak gaz w tych galaktykach jest zakłócany. Kwintet Stephana to fantastyczne „laboratorium” do badania tych procesów fundamentalnych dla wszystkich galaktyk. Takie ciasne grupy mogły być bardziej powszechne we wczesnym wszechświecie, kiedy ich przegrzana, opadająca materia mogła zasilać bardzo energetyczne czarne dziury zwane kwazarami. Nawet dzisiaj najwyższa galaktyka w grupie – NGC 7319 – zawiera aktywne jądro galaktyczne , supermasywną czarną dziurę o masie 24 milionów mas Słońca. Aktywnie wciąga materiał i emituje energię świetlną odpowiadającą 40 miliardom Słońc.

Webb bardzo szczegółowo zbadał aktywne jądro galaktyczne za pomocą spektrografu bliskiej podczerwieni (NIRSpec) i instrumentu średniej podczerwieni (MIRI) . Zintegrowane jednostki pola (IFU) tych instrumentów – będące połączeniem kamery i spektrografu – dostarczyły zespołowi Webba „sześcian danych” lub zbiór obrazów cech spektralnych jądra galaktyki.

Podobnie jak w przypadku medycznego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI), IFU pozwalają naukowcom „pokroić i pokroić” informacje na wiele obrazów w celu szczegółowego zbadania. Webb przebił się przez całun pyłu otaczającego jądro, aby odsłonić gorący gaz w pobliżu aktywnej czarnej dziury i zmierzyć prędkość jasnych wypływów. Teleskop zobaczył te wypływy napędzane przez czarną dziurę z niespotykaną wcześniej szczegółowością.

W NGC 7320, najbardziej wysuniętej na lewo i najbliższej galaktyce w wizualnym zgrupowaniu, Webb był w stanie rozdzielić pojedyncze gwiazdy, a nawet jasne jądro galaktyki. Jako bonus Webb ujawnił ogromne morze tysięcy odległych galaktyk tła przypominających Głębokie Pola Hubble’a.

W połączeniu z najbardziej szczegółowym obrazem termowizyjnym Kwintetu Stephana z MIRI i kamerą na podczerwień (NIRCam) dane z Webba dostarczą mnóstwo cennych, nowych informacji. Na przykład pomoże naukowcom zrozumieć tempo, w jakim supermasywne czarne dziury żywią się i rosną. Webb widzi również regiony formowania się gwiazd znacznie bardziej bezpośrednio i jest w stanie zbadać emisję z pyłu – poziom szczegółowości niemożliwy do uzyskania do tej pory.

Znajdujący się w gwiazdozbiorze Pegaza Kwintet Stephana został odkryty przez francuskiego astronoma Édouarda Stephana w 1877 roku.