Wystarczyło jedno spojrzenie i teleskop kosmiczny Webb odkrył na nowo Koło Wozu

Galaktyka Koło Wozu to jedna z najciekawszych galaktyk pierścieniowych, która swój kształt zawdzięcza zderzeniu się galaktyk w odległości 500 milionów lat świetlnych. Polska nazwa to tłumaczenie angielskiego określenia "Cartwheel" i dość dobrze oddaje wygląd obiektu. Na zdjęciach galaktyki Koło Wozu często widoczne są dwie sąsiadujące galaktyki, które na pierwszy rzut oka mogą sugerować obraz sprzed zderzenia, ale to jedynie zbieg okoliczności. Natomiast są to obiekty związane z Kołem Wozu fizycznie, które razem tworzą niewielką grupę galaktyk.

Tak wyglądało pierwsze zdjęcie galaktyki Koło Wozu, które Hubble wykonał w połowie lat 90. XX wieku

Galaktykę Koło Wozu obserwował teleskop Hubble pod koniec XX wieku. Już wtedy było wiadomo, że dopiero precyzyjne dane, wśród których będzie można dokładniej wyróżnić gwiazdy i regiony ich powstawania, pozwolą nam dokładnie opowiedzieć historię tej kosmicznej kolizji. To tak jak z poznawaniem świata cząsteczek, atomów, a potem jeszcze mniejszych elementów tworzących materię. Dzięki zagłębianiu się we wszechświat w coraz mniejszej skali mogliśmy coraz lepiej tłumaczyć różne zjawiska, rozwijać technologie, także te, z których dziś korzystacie czytając ten tekst.

Historia galaktyki Koło Wozu na podstawie obserwacji Webba

Choć zderzenia galaktyk nie są czymś niespotykanym we wszechświecie, a ich efekty przyjmują przeróżne formy, to wynik zderzenia większej i mniejszej galaktyki, który zaowocował obiektem Koło Wozu, jest wyjątkowy. Na zdjęciu galaktyki Koło Wozu widzimy pozostałość po tej większej galaktyce (przypuszczalnie była to galaktyka spiralna), jej centralną część wypełnioną gęsto starymi gwiazdami, w której znajduje się też masywna czarna dziura (otoczona ogromną ilością gazu i gorącego pyłu). Widać także pozostałość po wcześniejszej spiralnej strukturze jednej z galaktyk, która przypomina dziś szprychy koła. 

Zewnętrzny pierścień to rejon, w którym zachodzą intensywne procesy gwiazdotwórcze. W ubiegłym roku wykryto tam supernową dzięki naziemnym obserwacjom z teleskopu VLT. Obserwacje Webba sugerują, że zewnętrzy pierścień rozszerza się od około 440 milionów lat. W miarę tego rozszerzania tworząca go materia miesza się z materią otoczenia, w efekcie inicjując powstawanie nowych gwiazd.

Zdjęcie z teleskopu Webb, które jest połączeniem obrazów z instrumentów MIRI (średnia podczerwień) i NIRCam (bliska podczerwień)

Hubble nie miał możliwości obserwowania galaktyki Koło Wozu w takim zakresie długości promieniowania elektromagnetycznego, który pozwoliłby mu zarejestrować większą liczbę nowo utworzonych gwiazd. Owszem, Hubble jest zdolny do rejestracji światła podczerwonego, ale jedynie wąskiego jego zakresu bliskiego światłu widzialnemu.

Dopiero obserwacje Webba, który jest zdolny spenetrować pył w rejonach powstawania gwiazd, pozwalają zarejestrować więcej gwiazd lub ich skupisk. Wracając do wcześniejszej analogii z mikroświatem. Nowe techniki rejestracji i analizy danych obserwacyjnych pozwoliły nam niejako zajrzeć poza nieprzenikalny mur jaki dla światła widzialnego stanowi świat w nanoskali.

Niebiesko-pomarańczowo-czerwony obraz galaktyki Koło Wozu to w praktyce złożenie zdjęć w wielu różnych zakresach podczerwieni

Gdy fotografujemy aparatem cyfrowym, najczęściej mamy do czynienia z sensorami, których piksele widzą w trzech pasmach światła widzialnego. Tym koncentrującym się na barwie niebieskiej, zielonej i czerwonej. Czasem zdarzają się modyfikacje, które mają umożliwić lepszą percepcję pośrednich barw z widzialnego widma, ale ogólne założenie pozostaje takie samo. Składowe obrazy w kilku różnych zakresach widma, są łączone, by dać nam kolorowe zdjęcie z barwach odpowiadających temu, co rejestruje ludzkie oko.

W przypadku obserwacji astronomicznych takie postępowanie miałoby sens, gdybyśmy oczekiwali jedynie zdjęć w świetle widzialnym. Jednak jak widać, ten ważny dla człowieka zakres promieniowania elektromagnetycznego niekoniecznie niesie ze sobą najwięcej interesujących astronomów danych. Dlatego obserwują oni w innych pasmach promieniowania elektromagnetycznego, a potem nadają zarejestrowanym danym różne barwy sugerujące rosnącą długość promieniowania.

Wycinek zdjęcia galaktyki Koło Wozu. Jak widać, astronomowie mają trudne zadanie polegające na odróżnieniu materii należącej do galaktyki od obiektów leżących poza nią, w tym innych odleglejszych galaktyk

W efekcie kolor niebieski na zdjeciach galaktyki Koło Wozu to bliska podczerwień, kolor pomarańczowy podczerwień o jeszcze większej długości fali, z kolei czerwień to średnia podczerwień. Gdyby zamiast takich kolorów użyć wyłącznie odcieni czerwonego to zdjęcie Koła Wozu byłoby znacznie mniej ciekawe. Te obrazy są oczywiście przede wszystkim dla nas.

Astronomowie jednak nie mogą ograniczać się do estetycznej strony obserwacji. Gdy wziąć pod uwagę wyłącznie obserwacje w średniej podczerwieni, czyli te zarejestrowane przez instrument MIRI w teleskopie Webb, obserwowana galaktyka wygląda tak jak na zdjęciu poniżej. Przyznacie, że to mniej ciekawy obraz.

Zdjęcie wyłącznie z instrumentu MIRI, które ilustruje przede wszystkim obłoki pyłu i te najmłodsze z gwiazd, które powstają dynamicznie w galaktyce Koło Wozu

Z tego zdjęcia i innych obserwacji w średniej podczerwieni astronomowie są w stanie czerpać wiedzę na temat pyłu jaki znajduje się w galaktyce Koło Wozu. Są tutaj obszary bogate w węglowodory, a także pył przypominający ziemski pył, czyli składający się w dużym stopniu z krzemu.

Porównanie późnych obserwacji z teleskopu Hubble i Webba

Teleskop Hubble na przestrzeni lat podlegał modernizacjom, dlatego w 2018 roku wykonano nim obserwacje z wykorzystaniem nowszej aparatury. Udało się uzyskać dużo lepszy obraz niż ponad dwie dekady wcześniej, jednakże wciąż widać różnice w szczegółowości obserwacji, gdy porównamy je ze zdjęciem z Webba. Lecz nie oznacza to, że dane z Hubble'a nie mają już dziś wartości. 

Po lewej galaktyka Koło Wozu widziana przez teleskop Hubble w 2018 roku, po prawej ten sam obiekt, ale cztery lata później sfotografowany przez Webba

Choćby ze względu na fakt, że wykonano je w innym czasie, warto traktować je jako cenne. Na dodatek jako obserwacje dla innych długości fal światła, stanowią inny zestaw danych.

Obecnie wiemy, że galaktyka Koło Wozu nie jest finalnym efektem dawnego zderzenia się dwóch galaktyk. To tylko etap przejściowy, który ostatecznie może zaowocować kompletnie innym wyglądem galaktyki.

Źródło: ESA, Webb, Hubble, inf. własna