NGC 7496 находится на расстоянии более 24 миллионов световых лет от Земли в созвездии Груша и является одной из 19 галактик, предназначенных для изучения PHANGS. Ее спиральные рукава заполнены пещеристыми пузырями и оболочками, перекрывающими друг друга на этом изображении, полученном с помощью инструмента среднего инфракрасного диапазона (MIRI) JWST. Эти нити и полые полости являются свидетельством того, что молодые звезды высвобождают энергию и, в некоторых случаях, выдувают газ и пыль из окружающей их межзвездной среды. В центре NGC 7496 находится активное галактическое ядро - еще один способ обозначения активной сверхмассивной черной дыры.
Существует распространенное мнение, что кроме крупных небесных объектов, таких как планеты, звезды и астероиды, космическое пространство пусто. На самом деле галактики заполнены чем-то, что называется межзвездной средой (МСС) - то есть газом и пылью, которые пронизывают пространство между этими крупными объектами. Важно отметить, что при правильных условиях именно из межзвездной среды образуются новые звезды.
Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего в сотрудничестве с международной командой проекта опубликовали свои выводы в специальном выпуске журнала The Astrophysical Journal Letters, посвященном их работе с использованием передовых изображений телескопа в рамках программы JWST Cycle 1 Treasury Program.
"С помощью JWST можно составить невероятные карты близлежащих галактик с очень высоким разрешением, которые дают удивительно детальные изображения межзвездной среды", - заявила доцент физики Карин Сандстром, которая является одним из главных исследователей проекта.
Хотя JWST может рассматривать очень далекие галактики, те, которые изучала группа Сандстрома, находятся относительно близко, на расстоянии около 30 миллионов световых лет, включая одну, известную как Призрачная галактика. Известная также как M74 или NGC 628, астрономы знают о существовании Призрачной галактики по крайней мере с 18 века.
Сандстром вместе с постдокторантом Джессикой Саттер и бывшим постдокторантом Джереми Шастенетом (сейчас он работает в Гентском университете) сосредоточили свое внимание на специфическом компоненте ISM, называемом полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ). ПАУ - это маленькие частицы пыли размером с молекулу, и именно их малый размер делает их столь ценными для исследователей.
Когда ПАУ поглощают фотон от звезды, они вибрируют и производят излучение, которое можно обнаружить в средней инфракрасной области электромагнитного спектра, чего обычно не происходит с более крупными частицами пыли из ISM. Колебания ПАУ позволяют исследователям наблюдать многие важные характеристики, включая размер, ионизацию и структуру.
Боковое сравнение изображений NGC 628 (Галактика-фантом), полученных с помощью космического телескопа Спитцера (л) и JWST (р), показывает поразительное увеличение четкости и детализации.
Этим Сандстром интересовался еще в аспирантуре. "Космический телескоп Spitzer изучал среднюю инфракрасную область, и именно это я использовала в своей докторской диссертации. С тех пор как Спитцер был снят с эксплуатации, у нас не было большого доступа к среднему инфракрасному спектру, но JWST невероятен", - заявила она. "У Спитцера зеркало было 0,8 метра, а зеркало JWST - 6,5 метра. Это огромный телескоп, и у него потрясающие инструменты. Я ждала этого очень долго".
Несмотря на то, что ПАУ по массе не составляют большой доли от общего объема ISM, они важны, поскольку легко ионизируются - процесс, который может привести к образованию фотоэлектронов, нагревающих остальной газ в ISM. Лучшее понимание PAHs приведет к лучшему пониманию физики ISM и того, как она функционирует. Астрофизики надеются, что JWST сможет дать представление о том, как образуются ПАУ, как они изменяются и как разрушаются.
Поскольку ПАУ равномерно распределены по всей МКС, они позволяют исследователям увидеть не только сами ПАУ, но и все, что их окружает. Предыдущие карты, например, сделанные Spitzer, содержали гораздо меньше деталей - по сути, они выглядели как галактические пятна. Благодаря четкости, которую обеспечивает JWST, астрофизики теперь могут увидеть газовые нити и даже "пузыри", выдуваемые новообразованными звездами, чьи интенсивные поля излучения и возникающие сверхновые испаряют газовые облака вокруг них.
Чтобы получить время наблюдений на JWST, команда программы "Казначейство цикла 1" должна была разработать план наблюдений, включающий такие детали, как длина экспозиции и фильтры. После принятия заявки Научный институт космического телескопа, который отвечает за науку и работу JWST, получает и обрабатывает данные. Всего в эту программу включены данные по 19 галактикам.
Программа "Казначейство цикла 1" является частью более крупного проекта под названием PHANGS (Physics at High Angular Resolution in Nearby GalaxieS). PHANGS изучает звездообразование и ISM с помощью многоволновых изображений, полученных с помощью Атакамского большого миллиметрового массива (ALMA) и Очень большого телескопа, расположенных в Чили. Однако, поскольку плотные облака, в которых происходит звездообразование, содержат много пыли, оптическому свету трудно проникнуть внутрь, чтобы увидеть, что происходит внутри. Использование среднего инфракрасного спектра позволяет исследователям использовать ту же пыль и ее яркое излучение для получения детальных изображений с высоким разрешением.
"Меня больше всего радует то, что теперь, когда у нас есть этот трассер ISM с высоким разрешением, мы можем составить карту всех видов вещей, включая структуру диффузного газа, который должен стать более плотным и молекулярным, чтобы произошло звездообразование", - говорит Сандстром. "Мы также можем составить карту газа, окружающего только что образовавшиеся звезды, где существует много "обратной связи", например, при взрывах сверхновых. Мы действительно можем увидеть весь цикл ISM в мельчайших подробностях. Это основа того, как галактика собирается формировать звезды".
