Всматриваемся в галактику со вспышкой звездообразования с помощью JWST

Это снимок месяца космического телескопа Джеймса Уэбба NASA/ESA/CSA. Мощный инфракрасный космический телескоп сделал этот снимок галактики Сигара (M82) с помощью своего среднеинфракрасного инструмента (MIRI). Вместо того, чтобы показать наличие звезд галактики, он показывает инфракрасное излучение от теплой пыли и облаков полициклических ароматических углеводородов (ПАУ)

Когда дело доходит до звездообразования, не все галактики одинаковы. Некоторые из них заморожены, то есть они исчерпали свой звездообразующий газ и образуют очень мало новых звезд. Некоторые, как Млечный Путь, типичны и образуют звезды со средней скоростью. Но некоторые чрезвычайно активны и образуют звезды так легко, что их называют галактиками со вспышкой звездообразования.

Галактики со вспышкой звездообразования переживают эпизоды выраженного звездообразования, когда звездные сверхскопления, содержащие 100 000 звезд или больше, рождаются сотнями. Эти галактики могут образовывать сотни или даже тысячи солнечных масс в звездах каждый год. В результате они чрезвычайно яркие и могут быть ярче Солнца в триллионы раз в инфракрасном диапазоне.

Галактика Сигара (M82) является одной из таких галактик со вспышкой звездообразования, и хотя ее экстремальная светимость не видна в оптическом свете из-за пыли, JWST может легко наблюдать обильное звездообразование в галактике в инфракрасном диапазоне.

JWST сделал это изображение M82 в более коротких волнах с помощью своего инструмента NIRCam. Некоторые из ярких точечных источников являются суперзвездными скоплениями, которые могут содержать 100 000 звезд, и Хаббл идентифицировал около 200 из них в галактике. Астрономы используют данные на таких изображениях, чтобы определить скорость звездообразования галактики.

Сверхскопления в M82 отвечают за большую часть повышенной яркости галактики. В некоторых из них около 100 000 звезд, и их больше, чем в некоторых шаровых скоплениях.

Это изображение из статьи 2024 года показывает некоторые сверхскопления в M82.

Галактикам нужно обильное количество газа, чтобы стать галактиками со вспышкой звездообразования, и M82, вероятно, получила инъекцию газа, взаимодействуя гравитационно со своим соседом M81 . Пара вращается вокруг друг друга примерно раз в 100 миллионов лет. Эти взаимодействия деформировали M82 в ее вытянутую сигарообразную форму, а также отправили газ из внешних областей M82 в ее ядро, подпитывая ее обильное звездообразование.

M81 (слева) и M82 (справа) взаимодействуют гравитационно и вращаются вокруг друг друга примерно каждые 100 миллионов лет. Взаимодействия растянули меньшую M82 в сигарообразную форму, дав ей прозвище Галактика Сигара. Взаимодействия также вызывают вспышки звездообразования, о чем свидетельствуют нити красного водородного газа.

Астрономы интересуются M82 и ее соседом, потому что они похожи на лабораторию для наблюдения за взаимодействием галактик. В статье 2024 года использовались выбросы полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), чтобы выявить сложную сеть нитей и пузырьков газа, созданных сверхновыми. Они также выявили галактический отток M82. Эти оттоки являются еще одной заметной особенностью галактик со вспышкой звездообразования.

На главном изображении JWST также прослеживаются ПАУ, и они показывают галактические истечения. Они видны как вытянутые яркие полосы, исходящие из галактического центра. ПАУ важны в астрономии, поскольку имеют сильные эмиссионные характеристики в среднем инфракрасном диапазоне. Они тесно связаны с холодным молекулярным газом и помогают отслеживать движение газа.

На главном изображении JWST четко видны галактические ветры оттока из центра галактики. Они вызваны обильным образованием массивных звезд и взрывами сверхновых

Оттоки создаются обильным звездообразованием галактики. Активность звездообразования производит тысячи звезд, намного более горячих и массивных, чем наше Солнце. Эти звезды генерируют мощные звездные ветры, которые выгоняют газ. Многие из этих звезд взорвутся как сверхновые, что также выгоняет газ. По этим причинам галактики со звездообразованием не испытывают экстремального звездообразования намного дольше, чем около 100 миллионов лет, прежде чем их запас газа рассеется.

Однако M82 может быть другим. Из-за повторяющихся гравитационных взаимодействий с M81 в будущем M82 может пройти через циклы обильного звездообразования и гашения. Астрономы считают, что это уже случалось в прошлом. Около 600 миллионов лет назад она прошла фазу звездообразования, а текущая фаза, вероятно, началась между 30 и 60 миллионами лет назад.

M82 находится всего в 12 миллионах световых лет от нас, что близко для галактики. В результате астрономы сосредоточили много внимания на галактике со вспышкой звездообразования. Она была неоднократно сфотографирована Хабблом и другими телескопами.

Хаббл сделал этот великолепный снимок M82, на котором красным цветом выделены нити переносимого ветром газа.

M82 в будущем испытает еще много циклов звездообразования. Но в конечном итоге M82 и M81 сольются в одну галактику. Это слияние в далеком будущем, вероятно, вызовет одно массивное, хаотичное событие звездообразования. В конце концов, оно тоже утихнет, и получившаяся массивная галактика перейдет в спокойное состояние.