Originalveröffentlichung am 03.04.2024 zu finden unter: https://webbtelescope.org/news/news-releases
Zusammenfassung: Inmitten eines Orts, der von neuen und jungen Sternen wimmelt, liegt eine komplizierte Sub-struktur
NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop hat die Starburst-Galaxie Messier 82 (M82) ins Visier genommen, eine kleine, aber energiegeladene Umgebung, in der sich schnell Sterne bilden. Durch eine genauere Betrachtung mit den empfindli-chen Infrarotfähigkeiten von Webb dringt ein Team von Wissenschaftlern bis zum Kern der Galaxie vor, um besser zu ver-stehen, wie sie Sterne bildet und wie sich diese extreme Aktivität auf die Galaxie als Ganzes auswirkt.
Ein Team von Astronomen hat mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA die Starburst-Galaxie Messier 82 (M82) untersucht. Diese 12 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie im Sternbild Ursa Major ist relativ kompakt, beherbergt aber eine rasante Sternentstehungsaktivität. Zum Vergleich: M82 läßt 10-mal schneller neue Sterne entstehen als die Milch-straße.
Unter Leitung von Alberto Bolatto von der University of Maryland, College Park, richtete das Team das NIRCam-Instrument (Nahinfrarotkamera) von Webb auf das Zentrum der Starburst-Galaxie, um einen genaueren Blick auf die physikalischen Bedingungen zu werfen, die die Entstehung neuer Sterne begünstigen.
„M82 hat im Laufe der Jahre eine Vielzahl von Beobachtungen auf sich gezogen, da sie als Vorbild für eine Starburst-Galaxie angesehen werden kann“, so 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 sternbildende Galaxie betrachten und all diese schönen, neuen Details sehen.“
Eine dynamische Gemeinschaft von Sternen
Die Sternentstehung ist nach wie vor geheimnisvoll, denn sie wird von Vorhängen aus Staub und Gas verdeckt, was die Beobachtung dieses Prozesses erschwert. Glücklicherweise ist die Fähigkeit von Webb, im Infrarotbereich zu sehen, ein Vorteil bei der Navigation durch diese trüben Bedingungen. Außerdem wurden diese NIRCam-Bilder vom Zentrum der Sternentstehung mit einem Instrumentenmodus aufgenommen, der verhindert, daß die sehr helle Quelle den Detektor überlastet.
Obwohl dunkelbraune Ranken aus dichtem Staub selbst in dieser Infrarotansicht den leuchtend weißen Kern von M82 durchziehen, hat Webb’s NIRCam eine Detailtiefe enthüllt, die bisher verborgen war. Bei näherer Betrachtung des Zentrums zeigen kleine, grün dargestellte Flecken verdichtete Gebiete mit Eisen an, bei denen es sich meist um Supernova-Überreste handelt. Kleine Flecken, die rot erscheinen, kennzeichnen Regionen, in denen molekularer Wasserstoff von der Strahlung eines nahen jungen Sterns beleuchtet wird.
„Dieses Bild zeigt die Leistungsfähigkeit von Webb“, sagte Rebecca Levy von der University of Arizona in Tucson und Zweitautorin der Studie. „Jeder einzelne weiße Punkt in diesem Bild ist entweder ein Stern oder ein Sternhaufen. Wir können beginnen, all diese winzigen Punktquellen zu unterscheiden, was es uns ermöglicht, eine genaue Zählung aller Sternhaufen in dieser Galaxie vorzunehmen.“
Auf der Suche nach Struktur in einer lebhaften Umgebung
Betrachtet man M82 bei etwas längeren Infrarot-Wellenlängen, so erkennt man in Rot dargestellte klumpige Ranken, die sich über und unter der Ebene der Galaxie erstrecken. Diese Bänder aus Gas sind ein galaktischer Wind, der aus dem Kern des Gebietes mit hoher Sternentstehungsrate herausschießt.
Ein Schwerpunkt des Forschungsteams war es, zu verstehen, wie dieser galaktische Wind, der durch die rasante Stern-entstehung und die nachfolgenden Supernovae verursacht wird, in Gang gesetzt wird und seine Umgebung beeinflußt. Durch die Auflösung eines zentralen Abschnitts von M82 konnten die Wissenschaftler untersuchen, wo der Wind seinen Ursprung hat, und Erkenntnisse darüber gewinnen, wie heiße und kalte Komponenten innerhalb des Windes zusammenwirken.
Das NIRCam-Instrument von Webb war gut geeignet, um die Struktur des galaktischen Windes anhand der Emission rußartiger chemischer Moleküle, so genannter polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (polycyclic aromatic hydrocarbons = PAHs), zu verfolgen. PAHs können als sehr kleine Staubkörner betrachtet werden, die bei kühleren Temperaturen überleben, aber bei heißen Bedingungen zerstört werden.
Zur großen Überraschung des Teams hebt Webb’s Blick auf die Emission der PAH die Feinstruktur des galaktischen Windes hervor – ein Aspekt, der bisher unbekannt war. Die als rote Fäden dargestellte Emission erstreckt sich von der zentralen Region weg, in der sich das Herz der Sternentstehung befindet. Eine weitere unerwartete Entdeckung war die ähnliche Struktur zwischen der PAH-Emission und derjenigen von heißem, ionisiertem Gas.
„Es war unerwartet zu sehen, daß die PAH-Emission ionisiertem Gas ähnelt“, so Bolatto. „Man nimmt an, daß PAHs nicht sehr lange leben, wenn sie einem so starken Strahlungsfeld ausgesetzt sind, also werden sie vielleicht ständig erneuert. Das stellt unsere Theorien in Frage und zeigt uns, daß weitere Untersuchungen notwendig sind.“
Einen Weg nach vorne weisen
Die Webb-Beobachtungen von M82 im nahen Infrarot werfen weitere Fragen zur Sternentstehung auf, von denen das Team hofft, einige mit zusätzlichen Daten beantworten zu können, die mit Webb gesammelt wurden, darunter auch die einer anderen Starburst-Galaxie. Zwei weitere Arbeiten des Teams, die die Sternhaufen und die Korrelationen zwischen den Windkomponenten von M82 beschreiben, sind fast fertiggestellt.
In naher Zukunft wird das Team von Webb spektroskopische Beobachtungen von M82 für die Analyse zur Verfügung haben, ebenso wie ergänzende großflächige Bilder der Galaxie und des Windes. Die Spektraldaten werden den Astro-nomen helfen, das genaue Alter der Sternhaufen zu bestimmen und ein Gefühl für den zeitlichen Ablauf der einzelnen Phasen der Sternentstehung in der Umgebung einer Starburst-Galaxie zu bekommen. Auf breiterer Ebene kann die Untersuchung der Aktivität in Galaxien wie M82 das Verständnis der Astronomen für das frühe Universum vertiefen.
„Die Webb-Beobachtung von M82, einem Ziel in unserer Nähe, erinnert uns daran, daß das Teleskop hervorragend für die Untersuchung von Galaxien in allen Entfernungen geeignet ist“, sagte Bolatto. „Wir können nicht nur junge, hochrotver-schobene Galaxien betrachten, sondern auch Ziele, die näher bei uns liegen, um Einblicke in die Prozesse zu gewinnen, die hier ablaufen – Ereignisse, die auch im frühen Universum stattgefunden haben.“
Diese Ergebnisse wurden zur Veröffentlichung in The Astrophysical Journal angenommen.
Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumforschung. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, einen Blick auf ferne Welten um andere Sterne werfen und die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin erforschen. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner ESA (Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Kanadische Weltraum-organisation).
M82 (Hubble and Webb)
- Fast Facts
- Objekt
- Objektname(n): M82, NGC 3034
- Objektbeschreibung: Starburst-Galaxie
- Rektaszension: 09:55:52.0
- Deklination: +69:40:48.99
- Sternbild: Ursa Major
- Entfernung: 12 Millionen Lichtjahre (3.7 Megaparsecs)
- Daten
- Instrument: HST: ACS/WFC
- Instrument: JWST: NIRCam
- Filter: HST: F435W, F555W, F658N, F814W
- Filter: JWST: F164N, F250W, F335M
- Bild
- Farbinformation: Linkes Bild: Dieses Bild ist ein Komposit aus vielen Einzelaufnahmen, die das ACS-Instrument am Hubble-Weltraumteleskop mit verschiedenen Filtern gemacht hat. Drei Filter nehmen breite Wellenlängenbereiche auf, einer isoliert das Licht des Wasserstoffs. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen Bild. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
- Blau: F435W Grün: F555W Rot-orange: F658N Rot: F814W
- Farbinformation: Rechtes Bild: Dieses Bild ist ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die vom James-Webb-Weltraum-teleskop mit dem NIRCam-Instrument aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um verschiedene Wellenlängenbereiche zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuordnung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
- Blau: F164N Grün: F250W Rot: F335M
Über das Bild: Die Starburst-Galaxie M82 wurde 2006 mit dem Hubble-Weltraumteleskop beobachtet, das die rand-ständige Spiralscheibe der Galaxie, zerfetzte Wolken und heißes Wasserstoffgas zeigte. Das James-Webb-Weltraum-teleskop hat den Kern von M82 beobachtet und dabei die Struktur des galaktischen Windes in noch nie dagewesener Detailtreue erfaßt sowie einzelne Sterne und Sternhaufen charakterisiert.
Das Webb-Bild stammt vom NIRCam-Instrument (Nahinfrarotkamera) des Teleskops. Die roten Fäden zeichnen die Form der kühlen Komponente des galaktischen Windes durch polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH) nach. PAHs sind sehr kleine Staubkörner, die bei kühleren Temperaturen überleben, aber bei heißen Bedingungen zerstört werden. Die Struktur der Emission ähnelt der des ionisierten Gases, was darauf hindeutet, daß die PAHs aus kühlerem molekularem Material nachgeliefert werden, wenn es ionisiert wird.
M82 (NIRCam Image)
- Fast Facts
- Objekt
- Objektname(n): M82, NGC 3034
- Objektbeschreibung: Starburst-Galaxie
- Rektaszension: 09:55:52.0
- Deklination: +69:40:48.99
- Sternbild: Ursa Major
- Entfernung: 12 Millionen Lichtjahre (3.7 Megaparsecs)
- Daten
- Instrument: NIRCam
- Filter: F164N, F250W, F335M
- Bild
- Farbinformation: Dieses Bild ist ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem NIRCam-Instrument aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um verschiedene Wellenlängen-bereiche zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuordnung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem mono-chromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
- Blau: F164N Grün: F250W Rot: F335M
Über das Bild: Die Astronomen nutzten das James-Webb-Weltraumteleskop, um einen Blick auf das Zentrum von M82 zu werfen, wo ein galaktischer Wind als Folge der schnellen Sternentstehung und der nachfolgenden Supernovae entsteht. Die Untersuchung des galaktischen Windes kann Aufschluß darüber geben, wie der Verlust von Gas das zukünftige Wachstum der Galaxie beeinflußt.
Dieses Bild von Webb’s NIRCam (Nahinfrarotkamera) zeigt den galaktischen Wind von M82 anhand der Emission von rußartigen chemischen Molekülen, die als polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAHs) bekannt sind. PAHs sind sehr kleine Staubkörner, die bei kühleren Temperaturen überleben, aber bei heißen Bedingungen zerstört werden. Die Struktur der Strahlung ähnelt der von heißem, ionisiertem Gas, was darauf hindeutet, daß sich die PAHs durch die fort-gesetzte Ionisierung von molekularem Gas erneuern.
In diesem Bild ist das Licht bei 3,35 Mikrometer rot, bei 2,50 Mikrometer grün und bei 1,64 Mikrometer blau wiedergegeben (Filter F335M, F250M bzw. F164N).
M82 (NIRCam Image)
- Fast Facts
- Objekt
- Objektname(n): M82, NGC 3034
- Objektbeschreibung: Starburst-Galaxie
- Rektaszension: 09:55:52.0
- Deklination: +69:40:48.99
- Sternbild: Ursa Major
- Entfernung: 12 Millionen Lichtjahre (3.7 Megaparsecs)
- Daten
- Instrument: NIRCam
- Filter: F140N, F164N, F212N
- Bild
- Farbinformation: Dieses Bild ist ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem NIRCam-Instrument aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um verschiedene Wellenlängen-bereiche zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuordnung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem mono-chromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
- Blau: F140W Grün: F164N Rot: F212N
Über das Bild: Ein Team von Astronomen hat mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA die 12 Millionen Licht-jahre entfernte Starburst-Galaxie Messier 82 (M82) im Sternbild Ursa Major untersucht. In M82 findet eine rasante Stern-entstehung statt, bei der 10-mal schneller neue Sterne entstehen als in der Milchstraße. Die Infrarotfähigkeiten von Webb ermöglichten es den Wissenschaftlern, durch Vorhänge aus Staub und Gas zu blicken, die den Prozeß der Sternentstehung bisher verdeckt haben.
Dieses Bild von Webb’s NIRCam (Nahinfrarotkamera) zeigt das Zentrum von M82 in einem noch nie dagewesenen Detail-grad. Mit der Auflösung von Webb können die Astronomen kleine, helle, kompakte Quellen erkennen, bei denen es sich entweder um einzelne Sterne oder Sternhaufen handelt. Eine genaue Zählung der Sterne und Sternhaufen, aus denen sich das Zentrum von M82 zusammensetzt, kann den Astronomen helfen, die verschiedenen Phasen der Sternentstehung und die zeitlichen Abläufe der einzelnen Phasen zu verstehen.
In diesem Bild ist das Licht bei 2,12 Mikrometer rot, bei 1,64 Mikrometer grün und bei 1,40 Mikrometer blau wiedergegeben (Filter F212N, F164N bzw. F140M).
M82 (Hubble and Webb Compass Image)
- Fast Facts
- Objekt
- Objektname(n): M82, NGC 3034
- Objektbeschreibung: Starburst-Galaxie
- Rektaszension: 09:55:52.0
- Deklination: +69:40:48.99
- Sternbild: Ursa Major
- Entfernung: 12 Millionen Lichtjahre (3.7 Megaparsecs)
- Daten
- Instrument: HST: ACS/WFC
- Instrument: JWST: NIRCam
- Filter: HST: F435W, F555W, F658N, F814W
- Filter: JWST: F164N, F250W, F335M
- Bild
- Farbinformation: Linkes Bild: Dieses Bild ist ein Komposit aus vielen Einzelaufnahmen, die das ACS-Instrument am Hubble-Weltraumteleskop mit verschiedenen Filtern gemacht hat. Drei Filter nehmen breite Wellenlängenbereiche auf, einer isoliert das Licht des Wasserstoffs. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen Bild. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
- Blau: F435W Grün: F555W Rot-orange: F658N Rot: F814W
- Farbinformation: Rechtes Bild: Dieses Bild ist ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die vom James-Webb-Weltraum-teleskop mit dem NIRCam-Instrument aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um verschiedene Wellenlängenbereiche zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuordnung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
- Blau: F164N Grün: F250W Rot: F335M
Über das Bild: Mit Anmerkungen versehenes Bild der Starburst-Galaxie Messier 82, eingefangen von Webb’s NIRCam-Instrument (Nahinfrarotkamera), mit Kompasspfeilen, einem Maßstabsbalken und einem Farbschlüssel als Referenz.
Die Kompasspfeile nach Norden und Osten zeigen die Ausrichtung des Bildes am Himmel an. Beachten Sie, daß die Beziehung zwischen Norden und Osten am Himmel (von unten gesehen) im Vergleich zu den Richtungspfeilen auf einer Karte des Bodens (von oben gesehen) umgekehrt ist.
Der Maßstabsbalken ist in Lichtjahren beschriftet.
Dieses Bild zeigt unsichtbare Nahinfrarot-Wellenlängen, die in Farben des sichtbaren Lichts umgewandelt wurden. Der Farbschlüssel zeigt, welche NIRCam-Filter bei der Erfassung des Lichts verwendet wurden. Die Farbe jedes Filternamens ist die Farbe des sichtbaren Lichts, die verwendet wird, um das infrarote Licht darzustellen, das durch diesen Filter gelangt.
