James Webb-romteleskopet tok et fantastisk blikk inne i «Skapelsens søyler», en spektakulær støvskyformasjon gjort kjent av sin forgjenger, Hubble-romteleskopet.
Bildet er ikke bare fantastisk vakkert, men avslører også kosmiske prosesser som aldri før er observert med en slik klarhet. Her er hva astronomer ser bak det glitrende, fargerike billedvev.
Hvis du ønsker å ta inn magien av James Webb-romteleskopetsitt bilde av Pillars of Creation, må du laste ned det originale bildet fra nettstedet til Space Telescope Science Institute (STScI) i Baltimore, som administrerer oppdragets vitenskapelige operasjoner. Det er ikke en liten fil. Ved omtrent 150 megabyte kan den tette internett-nedkoblingen en stund. Zoom deretter inn i de mørkeste områdene på toppen av søylene. Zoom inn litt mer til du ser røde prikker dukke opp. Det er dusinvis av dem. De mindre er bare vanlige røde flekker. Andre er noe større, som ligner blomster med gule sentre omgitt av seks røde kronblader, og noen ganger med Webbs varemerke snøfnugglignende brytningsmønstre.
I slekt: James Webb-romteleskopet motbeviste aldri Big Bang. Her er hvordan den usannheten spredte seg.
En stjerne er født …
Disse blomsterformasjonene er nyfødte stjerner, noen av dem bare noen hundre tusen år gamle, avslørte skapelsen inne i skapelsens søyler for første gang. For Webbs forgjenger, den Hubble-romteleskopetsom observerer universet for det meste i synlig lys (bølgelengder som det menneskelige øyet kan se), var disse søylene ugjennomtrengelige, truende mørke formasjoner som steg opp fra Ørnetåkenen overskyet klynge stjerner i stjernebildet Serpens mindre enn 6000 lysår vekk fra jorden. Men Webb, med sitt infrarøde, varmeoppdagende blikk, kikket gjennom mørket for å avsløre hvor lys i univers blir født.
“Det mest interessante med dette bildet er at det faktisk viser oss stjernedannelse på gang,” sa Anton Koekemoer, en forskningsastronom ved STScI, til Space.com.
Koekemoer satte det fantastiske bildet sammen fra rådata tatt av Webbs kraftige NIRCam-kamera. Fantastiske bilder av universet er det daglige brød og smør for Koekemoer, som tidligere jobbet med å behandle bilder fra Hubble-romteleskopet. Likevel innrømmer astronomen at teksturen, detaljnivået og mengden av vitenskapelig informasjon i Webbs fotografier overrasker selv ham.
“Jeg er overrasket over hvor godt Webb kan se inn i støvet og gassen som er helt mørkt med Hubble,” sa Koekemoer. “Med Hubble ser du ingen detaljer i det hele tatt. Men Webb, med sitt infrarøde syn, kan trenge direkte inn i disse områdene og se stjernene dannes inne i de støvete søylene. Det er ekstremt spennende.”
… fra det kalde mørke støvet
Professor Derek Ward-Thompson deler Koekemoers begeistring. Ward-Thompson, en veteranastronom og leder av School of Natural Sciences ved University of Central Lancashire i Storbritannia, har publisert flere vitenskapelige artikler om skapelsens søyler gjennom årene, inkludert noen om de kraftige magnetfeltene som holder formasjonen sammen. Likevel, sier han, var hans første tanke da han så det første Webb-bildet av hans favorittsky av kosmisk hydrogen ganske uvitenskapelig.
“Jeg tenkte bare “Wow”, sa Ward-Thompson til Space.com. “Det fikk meg virkelig til å forstå hvordan James Webb-romteleskopet kommer til å bli så mye bedre enn Hubble, som bare kan se utsiden. Det gir også mye bedre detaljer, mye høyere oppløsning.”
Webbs bilder, sa Ward-Thompson, gir et unikt vindu inn i de mørke og iskalde skyene der stjerners embryoer blir inkubert fra et hydrogenrikt støv. For første gang kan astronomer ikke bare teoretisere om denne prosessen, men også studere den i dusinvis av eksempler av forskjellige størrelser og lysstyrkenivåer.
“Jeg er sikker på at Webbs bilder vil fremme vår forståelse av hvordan stjerner dannes og dermed hvor vår egen sol kom fra,” Ward-Thompson.
De røde prikkene som er synlige på Webbs bilder er protostjerner, kokonger av støv og gass så tette at de kollapser sammen under vekten av sine egne gravitasjon. Når skyene kollapser, danner de roterende kuler, som til slutt vil bli så tette at hydrogenatomene i kjernene deres vil begynne å smelte sammen i prosessen med kjernefysisk fusjon, som får stjerner til å skinne.
Protostjernene som Webb ser er ikke helt der ennå, de begynner bare å lyse i det infrarøde lyset når de varmes opp over kulden i den omkringliggende skyen, som ikke er varmere enn minus 390 grader Fahrenheit (minus 200 grader Celsius), sa Ward-Thompson .
“Disse unge stjernene som vi ser på bildet brenner ennå ikke hydrogen,” sa Ward-Thompson. “Men gradvis, ettersom mer og mer materiale faller inn, blir midten tettere og tettere, og så blir den plutselig så tett at hydrogenforbrenningen slår seg på, og så hopper plutselig temperaturen deres opp til omtrent 2 millioner grader Celsius [35 million degrees F].”
I noen av de større knallrøde flekkene på bildet er det flere stjerner som sprekker ut samtidig. Andre steder har varmen deres ennå ikke brutt gjennom støvet rundt.
The Pillars of Creation er en av de nærmeste områdene for aktiv stjernedannelse til Jorden, noe som betyr at i kombinasjon med Webbs avbildningskrefter gir nettstedet den beste muligheten til å studere stjernedannende prosesser, sa Ward-Thompson.
15 000 piksler
Hver av de røde prikkene som du bare kan se når du zoomer inn på bildet, dekker et område som er større enn vårt solsystemet. Hele bildet, 15 000 piksler bredt, fanger et område på rundt 8 til 9 lysår på tvers.
“Du kan løse ting som er omtrent på størrelse med vårt solsystem i bildet,” sa Koekemoer. “Hvis det fantes individuelle planeter som Jupiter, ville du ikke vært i stand til å løse dem.”
Bildet, som Koekemoer satte sammen fra data tatt av NIRCam i seks forskjellige filtre, viser pilarene i andre farger enn de ville se ut for det menneskelige øyet. Den eneste bølgelengden i bildet som det menneskelige øyet vil oppdage er fargen rød, som er representert som blå i bildet
“De gulaktige, grønnlige og til slutt oransje og røde fargene går til de midt-infrarøde bølgelengdene,” sa Koekemoer. “De lengste bølgelengdene i dette bildet er seks ganger lengre enn det menneskelige øyet kunne se.”
Med hver farge vises en annen komponent av de fysiske prosessene som foregår i den fantastiske tåken. De blåaktige kvistene av gass og støv som strømmer ut som tynne slør ut av tåkens kanter er skyer av ionisert hydrogen – hydrogenelektroner strippet fra det kaldere atomære hydrogenet som danner de mørke tette skyene av intenst ultrafiolett lys som strømmer fra nærliggende massive stjerner.
Fysikken bak søylene
Med Webbs evne til å avsløre strukturen til støvskyene med enestående nyanser og tekstur, vil astronomer også kunne studere prosessene som formet de ruvende skyene gjennom millioner av år.
“Materialet som søylene er laget av er det vi kaller det interstellare mediet, mediet mellom stjernene,” sa Ward-Thompson. «Det blir mer gjennomsiktig etter hvert som du går lenger [infrared] bølgelengder. Hubble-bildene fortalte oss bare hvor materialet var, men Webb viser oss nå hvor det er tykkere og hvor det er tynnere. Det er nesten som å lage et røntgenbilde av et menneske.”
Astronomer vet at søylene ikke er en stabil kosmisk skulptur, men snarere en stadig skiftende flyt av materiale, lik den stadig skiftende overflaten til en sandstrand. Det som former søylene er kraftige stjernevinder som kommer fra en klynge av store stjerner, som ikke er synlig på dette bildet, sa Ward-Thompson. Sterke kosmiske magnetiske felt holder skyene sammen, og beskytter dem mot å bli spredt av stjernevindene. Likevel, innen flere millioner år, vil søylene ikke lenger ligne på de ikoniske bildene vi ser i dag.
For Webb er pilarene fortsatt bare begynnelsen, og gir bare et glimt av hva teleskopet på 10 milliarder dollar kan utrette, sa Koekemoer.
“Alle i det astronomiske samfunnet er veldig spente på hva fremtiden bringer for Webb,” sa Koekemoer. “Jeg tror det vil komme mange flere observasjoner som vil vise oss enda mer om hvordan stjerner og galakser dannes.”
Følg Tereza Pultarova på Twitter @TerezaPultarova. Følg oss på Twitter @Spacedotcom og på Facebook.