James Webb-teleskopet lär astronomer mer om hur stjärnor föds 

2022-10-21 17:29  
Stephans kvintett är en galaxhop med fem galaxer. En av dessa, NGC 7319, ingick i studien om PAH-molekylerna. Foto: NASA, ESA, CSA, and STScI

Kolbaserade molekyler vid svarta hål kan ändra hur astronomer spårar var stjärnor bildas. Nya bilder från James Webb-teleskopet går nu emot tidigare teorier.

De är vanligt förekommande både i vårt eget solsystem och i avlägsna galaxer.

De organiska molekylerna polycykliska aromatiska kolväten (PAH) innehåller en eller fler ringar av kolatomer. Molekylerna har särskilda egenskaper som gör att de kan användas för att spåra områden där stjärnor formas.

Forskning på data från James Webb-teleskopet (Webb) kan nu komma att påverka hur astronomer använder sig av dessa molekyler. 

Molekylerna avger infrarött ljus

De första PAH-molekylerna identifierades i rymden under åttiotalet och har sedan dess återfunnits i allt från stoftmoln i avlägsna galaxer till atmosfären hos Saturnus största måne Titan. 

När en PAH-molekyl utsätts för ultraviolett eller synligt ljus, till exempel från en ung stjärna, kan den exciteras – dess energinivå ändras. När molekylen sedan återgår till sitt ursprungliga tillstånd ger den ifrån sig infrarött ljus i specifika våglängder.

På så vis kan astronomer använda sig av samlingar av PAH-molekyler för att spåra områden där stjärnor bildas.

I en studie som nyligen publicerades i tidskriften Astronomy and Astrophysics har en brittiskt forskargrupp undersökt data från tre galaxer som samlats in av Webbs instrument Miri. Galaxerna som valdes är NGC 6552, NGC 7319 och NGC 7469 och de ligger 370, 311 respektive 200 miljoner ljusår från oss.

Stephans kvintett är en galaxhop med fem galaxer. En av dessa, NGC 7319, ingick i studien om PAH-molekylerna. Foto: NASA, ESA, CSA, and STScI

Målet med studien var att jämföra förekomsten av PAH-molekyler i två områden där stjärnbildning kan ske. I mitten av aktiva galaxer – i närheten av det som kallas aktiva galaxkärnor – och i den något lugnare miljön i armarna av spiralgalaxer. 

Resultaten går emot tidigare teorier

Tidigare har forskare trott att strålningen runt aktiva galaxkärnor, massiva svarta hål, skulle bryta isär och förstöra alla PAH-molekyler. Resultaten från studien visar att så inte är fallet, även om de svarta hålen verkar påverka vilka av molekylerna som överlever.

Det finns olika sorters PAH-molekyler – större och elektriskt neutrala och mindre och elektriskt laddade.

Studien visar att de lugnare områdena i armarna hos spiralgalaxerna domineras av det senare slaget medan de partiklar som klarar sig runt de svarta hålen är större och elektriskt neutrala. 

– Det är fantastiskt att vi kan observera PAH-molekyler i kärnområdet i en galax och nästa steg är att analysera ett större urval av aktiva galaxer med olika egenskaper. Detta kommer att göra det möjligt för oss att bättre förstå hur PAH-molekyler överlever och vilka deras specifika egenskaper är i galaxkärnor. Den sortens kunskap är nyckeln för att använda molekylerna som ett verktyg för att avgöra mängden stjärnbildning i galaxer, och på så vis förstå hur galaxer utvecklas över tid, sa Ismael García-Bernete, doktor vid fysikavdelningen på Oxford, i ett pressmeddelande.  

En möjlig teori till varför de större PAH-molekylerna klarar sig i närheten av svarta hål är att de skyddas av stora mängder gas. Enligt studien medför resultaten nya begränsningar för hur de organiska molekylerna kan användas för att lokalisera områden där stjärnor föds i framtiden. 

Ny bild på Skapelsens pelare

Det har också kommit andra resultat från Webb angående hur och var stjärnor bildas.

Nyligen släpptes bilder av Örnnebulosan där tre enorma pelare av stoft och gas döpta till Skapelsens pelare syns. Pelarna har tidigare fotograferats av andra teleskop, däribland Hubble-teleskopet, Spitzer space telescope och Herschel space observatory.

Jämförelse av Hubbles bild av skapelsens pelare från 2014 och den nytagna bilden från James Webb-teleskopet. Foto: NASA, ESA, CSA, STScI, Hubble Heritage Project (STScI, AURA); Joseph DePasquale (STScI), Anton M. Koekemoer (STScI), Alyssa Pagan (STScI)

Webb är mycket kraftfullare än sina föregångare och bilden av nebulosan visar nya detaljer. Till exempel syns tydligt röda områden i toppen av pelarna – här bildas det nya stjärnor.

När en stjärna bildats och vuxit till sig tillräckligt så trycks stora mängder stoft och damm i väg från området runtom stjärnan. Materialet som trycks bort värms då upp vilket gör att det ger ifrån sig infrarött ljus som Webb kan se. 

Den nya datan kommer kunna användas för att bättre förstå hur stjärnor bildas i nebulosan. 

Webbs Mid-infrared instrument

Webb har flera vetenskapliga instrument. Ett av dessa är Miri som står för Mid-infrared instrument. Miri har både en kamera och en spektrograf känsliga för ljus i mitten av den infraröda delen av det elektromagnetiska spektrumet, 5–28 mikrometer i våglängd. 

Instrumentet kan se allt från avlägsna och rödförskjutna galaxer, nybildade stjärnor till knappt synliga kometer. Instrumentets kamera ger vidvinkelsbilder medan spektrografmodulen har en mindre synvinkel. 

För att instrumentet ska fungera optimalt krävs en temperatur på sju kelvin. Därför har Webb en specialtillverkad kylare för att sänka temperaturen hos instrumentet så mycket som möjligt. Här kan man se status för Webb-teleskopet och dess olika instrument. 

Bill Burrau

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt