Przerażające piękno galaktyk na zdjęciach z Webba

Choć już od kilku dekad uważa się, że tylko obserwacje kosmosu wykonane w maksymalnie dużej liczbie długości fal promieniowania elektromagnetycznego, pozwalają na uzyskanie obiektywnego obrazu natury, to najpopularniejsze wizualnie są obserwacje optyczne wykonywane w świetle widzialnym i bliskiej podczerwieni. Między innymi dlatego, że w tych dłuższych falach jesteśmy w stanie dojrzeć szczególnie ciekawe rzeczy. Astronomowie z pomocą teleskopów mogą bowiem obserwować tylko świecącą lub odbijającą światło materię. W świetle widzialnym dostrzegamy gwiazdy, szczególnie te najmasywniejsze, a te słabsze tworzą tło dodające się do blasku obrazów galaktyk. Widać także pobudzoną do świecenia przez światło gwiazd materię.

To jednak nie wszystko co tworzy galaktyki. I nie chodzi tu o tajemniczą ciemną materię, którą wielu astronomów uważa za niezbędny składnik regulujący ich rotację. Lecz o pył i gaz, który ma temperaturę tak niską, że nie sposób go dobrze dojrzeć w świetle widzialnym, a nawet bliskiej podczerwieni. W średniej podczerwieni jest to nie tylko możliwe, ale i prostsze, wymaga jednak obserwacji spoza powierzchni Ziemi.

To właśnie dlatego powstał teleskop kosmiczny Webb, by pokazać nam nieco inne oblicze kosmosu, jako instrument wyspecjalizowany w obserwacjach w bliskiej i średniej podczerwieni. Gdy połączymy obrazy w obu tych zakresach promieniowania, zobaczymy galaktyki inne niż te, których obrazy zapadły nam w pamięć. Galaktyki z Webba zdają się płonąć. Zobaczmy dlaczego.

Operatorzy teleskopu Webb w ramach programu PHANGS (ang. Physics at High Angular resolution in Nearby GalaxieS) wzięli na cel grupę galaktyk spiralnych, które ustawione są względem nas na wprost (ang. face on). Inaczej rzecz mówiąc, widzimy dokładnie ich płaszczyznę dysku od góry.

Gdyby was poprosić o narysowanie tak widzianej galaktyki spiralnej jednym tylko kolorem kredki nie byłoby to pewnie kłopotem, co najwyżej dobór przyborów, bo warto byłoby rysować na czarnym papierze. Jasne skupisko gwiazd w środku o jajowatym kształcie i rozchodzące się wokół niego spiralnie ramiona. Czasem jeszcze charakterystyczny pasek przeciągnięty przez środek galaktyki, czyli poprzeczka. I gotowe, choć warto wiedzieć, że w praktyce kształty galaktyk spiralnych i rozkład materii w ich ramionach są tak rozmaite, że nie ma dwóch identycznych.

Co jednak, gdyby do polecenia dodać uwagę, że galaktyka ma wyglądać tak jak widziana byłaby w podczerwieni? Tu zaczyna się kłopot, który dzięki zdjęciom z teleskopu Webb rozwiążemy raz na zawsze.

Nowe zdjęcia galaktyk wykonane Webbem zdaniem Janice Lee z STScI (Instytut Naukowy Teleskopu Kosmicznego) w Baltimore są „oszałamiające nawet dla badaczy, którzy studiowali je wcześniej przez dekady”. A to wszystko dzięki bezprecedensowej rozdzielczości jaką zapewniają instrumenty Webba.

Zdjęcia w podczerwieni z Webba łączą widok z bliskiej (kamera NIRCam) i średniej podczerwieni (kamera MIRI). Ten pierwszy pokazuje same gwiazdy, szczególnie te chłodne i najstarsze. Dla celów poglądowych są one pokazane kolorem niebieskim i z początku możecie ich nie zauważyć, bywa ich bowiem tyle, że tworzą jednolite tło. By podkreślić cechy galaktyk, które pokazuje średnia podczerwień, na zdjęciach zastosowano odcienie kolorów pomarańczowego i czerwonego.

Średnia podczerwień pozwala dostrzec gaz i pył, który wypełnia galaktykę, ale też grupuje się podobnie jak gwiazdy i układy planetarne, gdyż to z niego one powstają. A gdy nadejdzie kres ich egzystencji, zasilają one ponownie przestrzeń międzygwiazdową. Jednocześnie eksplodując jako supernowe gwiazdy czyszczą swoje okolice z pyłu. Widać to na zdjęciach w postaci pustek, które wyglądają jak dziury w serze. W praktyce gaz i pył wypełniający przestrzeń międzygwiazdową nie jest nawet zimny, jest bardzo zimny. Jego temperatura nie przekracza -200 do -100 stopni Celsjusza. Im jest on cieplejszy, tym ma bardziej nasyconą i jaśniejsza barwę na zdjęciach. W tych miejscach szczególnie aktywne są procesy gwiazdotwórcze lub materii międzygwiazdowej jest po prostu dużo.

Z tego tez powodu, obrazy galaktyk w podczerwieni mogą wydawać się zdjęciami w świetle widzialnym, które przekształcono w negatyw, choć nie jest to do końca precyzyjne porównanie. Pył widać bowiem czasem także na zdjęciach w świetle widzialnym w postaci ciemniejszych włókien, gdyż przesłania on światło gwiazd. Podczerwień pokazuje go jednak znacznie więcej niż wynika to z fotografii na przykład z teleskopu Hubble,a.

Centra galaktyk są najczęściej jasne, bo istnieją tam supermasywne czarne dziury świecące w szerokim zakresie promieniowania, a od masywnych jąder wypełnionych gwiazdami rozchodza się wyraźnie zaznaczone ramiona jak w NGC 1566. Są też galaktyki takie jak NGC 1087, które gaz i pył wypełnia równomiernie, a ramiona trudno wyróżnić. 

Analizując dokładnie zdjęcia z Webba, astronomowie chcą wzbogacić wiedzę między innymi w temacie przebiegu ewolucji gwiazd w galaktykach (jak jest aktywowane, a także wyłączane, ich tworzenie), a także dystrybucji galaktycznego gazu oraz pyłu i jej zmiany w czasie. A my delektujmy się przerażającym pięknem natury, które tworzy kosmiczny pył.

Źródło: ESA, inf. własna