Un team di astronomi ha utilizzato il telescopio spaziale James Webb della NASA per osservare la galassia starburst Messier 82 (M82). Situata a 12 milioni di anni luce di distanza nella costellazione dell'Orsa Maggiore, questa galassia è di dimensioni relativamente compatte ma ospita una frenetica attività di formazione stellare. Per fare un confronto, M82 sta generando nuove stelle 10 volte più velocemente della Via Lattea.
Guidato da Alberto Bolatto dell'Università del Maryland, College Park, il team ha diretto lo strumento NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb verso il centro della galassia starburst, ottenendo uno sguardo più da vicino sulle condizioni fisiche che favoriscono la formazione di nuove stelle.
"M82 ha raccolto una serie di osservazioni nel corso degli anni perché può essere considerata il prototipo della galassia starburst", ha affermato Bolatto, autore principale dello studio. "Entrambi i telescopi spaziali Spitzer e Hubble della NASA hanno osservato questo obiettivo. Con le dimensioni e la risoluzione di Webb, possiamo osservare questa galassia in formazione stellare e vedere tutti questi bellissimi, nuovi dettagli."
La formazione stellare continua a mantenere un senso di mistero perché è avvolta da cortine di polvere e gas, creando un ostacolo all'osservazione di questo processo. Fortunatamente, la capacità di Webb di scrutare nell'infrarosso è una risorsa per navigare in queste condizioni oscure. Inoltre, queste immagini NIRCam del centro stesso dello starburst sono state ottenute utilizzando una modalità strumentale che impediva alla sorgente molto luminosa di sopraffare il rilevatore.
Mentre viticci marrone scuro di polvere pesante sono intrecciati nel nucleo bianco brillante di M82 anche in questa vista a infrarossi, la NIRCam di Webb ha rivelato un livello di dettaglio che storicamente è stato oscurato. Guardando più da vicino verso il centro, piccoli granelli raffigurati in verde denotano aree concentrate di ferro, la maggior parte delle quali sono resti di supernova. Piccole macchie che appaiono rosse indicano regioni in cui l'idrogeno molecolare viene illuminato dalla radiazione di una giovane stella vicina.
"Questa immagine mostra la potenza di Webb", ha affermato Rebecca Levy, seconda autrice dello studio presso l'Università dell'Arizona, Tucson. "Ogni singolo punto bianco in questa immagine è una stella o un ammasso stellare. Possiamo iniziare a distinguere tutte queste minuscole sorgenti puntiformi, il che ci consente di acquisire un conteggio accurato di tutti gli ammassi stellari in questa galassia."
Trovare strutture in condizioni vivaci
Osservando M82 alle lunghezze d'onda dell'infrarosso leggermente più lunghe, si possono vedere viticci grumosi rappresentati in rosso che si estendono sopra e sotto il piano della galassia. Queste stelle filanti gassose sono un vento galattico che fuoriesce dal nucleo dello starburst.
Un’area di interesse per questo gruppo di ricerca era capire come questo vento galattico, causato dal rapido tasso di formazione stellare e dalle conseguenti supernove, viene lanciato e influenza l’ambiente circostante. Risolvendo una sezione centrale di M82, gli scienziati hanno potuto esaminare l'origine del vento e ottenere informazioni su come i componenti caldi e freddi interagiscono all'interno del vento.
Lo strumento NIRCam di Webb era particolarmente adatto per tracciare la struttura del vento galattico attraverso l'emissione di molecole chimiche fuligginose note come idrocarburi policiclici aromatici (IPA). Gli IPA possono essere considerati granelli di polvere molto piccoli che sopravvivono a temperature più fredde ma vengono distrutti in condizioni calde.
Con grande sorpresa del team, la visione di Webb dell'emissione di IPA evidenzia la struttura fine del vento galattico, un aspetto precedentemente sconosciuto. Raffigurata come filamenti rossi, l'emissione si estende lontano dalla regione centrale dove si trova il cuore della formazione stellare. Un'altra scoperta inaspettata è stata la struttura simile tra l'emissione di IPA e quella del gas caldo ionizzato.
"Era inaspettato vedere le emissioni di IPA somigliare a quelle del gas ionizzato", ha detto Bolatto. "Si suppone che gli IPA non vivano molto a lungo se esposti a un campo di radiazioni così forte, quindi forse vengono continuamente reintegrati. Ciò mette in discussione le nostre teorie e ci mostra che sono necessarie ulteriori indagini."
Le osservazioni di Webb di M82 nella luce del vicino infrarosso suscitano ulteriori domande sulla formazione stellare, ad alcune delle quali il team spera di rispondere con ulteriori dati raccolti con Webb, inclusa quella di un'altra galassia starburst. Altri due documenti di questo team che caratterizzano gli ammassi stellari e le correlazioni tra le componenti del vento di M82 sono quasi ultimati.
Nel prossimo futuro, il team avrà osservazioni spettroscopiche di M82 da Webb pronte per l'analisi, così come immagini complementari su larga scala della galassia e del vento. I dati spettrali aiuteranno gli astronomi a determinare le età precise degli ammassi stellari e forniranno un senso dei tempi per quanto tempo dura ciascuna fase di formazione stellare in un ambiente di galassie starburst. Su scala più ampia, l'ispezione dell'attività in galassie come M82 può approfondire la comprensione da parte degli astronomi dell'universo primordiale.
"L'osservazione di M82 da parte di Webb, un obiettivo più vicino a noi, ci ricorda che il telescopio eccelle nello studio delle galassie a tutte le distanze", ha detto Bolatto. "Oltre a osservare le galassie giovani e ad alto spostamento verso il rosso, possiamo osservare obiettivi più vicini a casa per raccogliere informazioni sui processi che stanno accadendo qui, eventi che si sono verificati anche nell'universo primordiale."
Questi risultati sono stati accettati per la pubblicazione su The Astrophysical Journal e sono pubblicati su arXiv server di prestampa.
Ulteriori informazioni: Alberto D. Bolatto et al, Osservazioni JWST di esplosioni stellari:emissione di idrocarburi aromatici policiclici alla base del vento galattico M 82, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2401.16648. arxiv.org/abs/2401.16648
Informazioni sul giornale: Giornale astrofisico , arXiv
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