Teleskop kosmiczny Webb zajrzał w miejsce, gdzie nie widać gwiazd. Dlaczego?

Webb rozpoczął obserwacje od mocnego przytupu. Pierwsze głębokie pole Webba, na którym widać liczne galaktyki zna chyba już każdy. Niedawno Webb zaobserwował także swoją pierwszą supernową, czyli gwiazdę w ostatnim stadium swojej podstawowej ewolucji. Jednak nie tylko te etapy istnienia gwiazd są dla astronomów interesujące. Ze względu na swoje niezwykłe możliwości obserwacji w podczerwieni, Webb jest w stanie także mapować rozkład materii, która kiedyś utworzy gwiazdy, a dziś stanowi jedynie nieprzejrzysty dla światła widzialnego obłok materii.

Barnard 68, czyli miejsce gdzie wyklują się w przyszłości gwiazdy

Takim miejscem, w którym wedle szacunków w ciągu około 200 tysięcy lat zacznie się formować gwiazda, czy też ich układ, jest ciemna mgławica Barnard 68 (określana także jako LDN 57). W przeciwieństwie do mgławic, które zwykle kojarzymy z barwnymi obiektami rozświetlonymi przez znajdujące się w ich wnętrzu lub za nimi, ta jest wyjątkowo ciemna i stąd jej określenie.

Ciemna mgławica Barnard 68 (pośrodku) na obrazie uzyskanym przez teleskop kosmiczny ESA Gaia podczas rutynowego przeglądu nieba. Widać wyraźnie gwałtowny spadek gęstości widzianych przez teleskop gwiazd. Widać także, że Barnard 68 to nie jedyne tego typu miejsce na niebie

Przyczyna jest następująca. To bardzo gęsta chmura materii o szacowanej masie około 2 mas Słońca i rozmiarze około pół roku świetlnego, w której skład wchodzi wodór cząsteczkowy, hel, ale także węgiel. Chmura, która niedługo przekroczy krytyczną gęstość i zacznie się zapadać do gwiazdy, gwiazd, a być może także układu słonecznego z własnymi planetami.

Obiekty takie jak Barnard 68 są czasem nazywane przez astronomów globulami Boka. To gęste skupiska materii o stosunkowo niewielki rozmiarach i masie nie przekraczającej kilkudziesięciu mas Słońca, z których wyklują się pojedyncze lub wielokrotne układy gwiezdne

Na niebie możemy wyróżnić wiele ciemnych mgławic, a najbardziej spektakularną jest Worek Węgla, którą dojrzymy nawet gołym okiem na południowym niebie w gwiazdozbiorze Krzyża Południa. Niektóre takie ciemne mgławice jak Koński Łeb (inaczej Barnard 68) są otoczone podświetlonymi przez nowo powstałe gwiazdy obszarami, dlatego nie sprawiają takiego wrażenia jak Barnard 68.

Barnard 68. Mgławica nieprzejrzysta w świetle widzialnym, za to w podczerwieni…

Mgławica Barnard 68 dla obserwatora, który patrzy się na nią przez teleskop, jest ciemną plamą na gwieździstym niebie. Nie oznacza to oczywiście, że w danym kierunku nie ma gwiazd. Istotnie pomiędzy tą mgławicą, która leży stosunkowo blisko nas, bo w odległości 500 lat świetlnych, a Ziemią nie ma żadnych gwiazd (a przynajmniej takich nie widać). Za to za mgławicą znajdują się liczne obiekty gwiazdowe, niestety niewidoczne w świetle widzialnym. Światło takie jest bowiem skutecznie pochłaniane przez materię Barnard 68.

Ciekawostka. Wnętrze ciemnej mgławicy Barnard jest bardzo chłodne, ale temperatura 8 K to wciąż więcej niż temperatura do jakiej schłodzona jest aparatura instrumentu MIRI w teleskopie Webb

Za to światło podczerwone skutecznie penetruje tę mgławicę i jest dostrzegalne przez odpowiednie instrumenty. Takim instrumentem jest NIRCam w teleskopie Webb. Spektroskopowe obserwacje gwiazd leżących za tą mgławicą i tego jak jej materia wpływa na światło tych gwiazd, pozwoli astronomom lepiej niż dotychczas określić rozkład materii w Barnard 68, jej własności. Obserwacje gwiazd przed ich „poczęciem” są bardzo istotne dla zrozumienia mechanizmów ich powstawania. Oczywiście wiemy, że formują się one w wyniku kontrakcji grawitacyjnej obłoków molekularnych, ale to tylko podstawa, a nie detale dotyczące tego procesu.

Barnard 68, obserwacje porównawcze jeszcze sprzed epoki Webba. Górne zdjęcia to obrazy w świetle widzialnym i bliskiej podczerwieni, dolne to mgławica widziana w różnych długościach światła podczerwonego. Im dalsza podczerwień (dłuższe fale światła) tym więcej widać gwiazd leżących za tą mgławicą

Webbowi wystarczy kilkadziesiąt minut obserwacji, by zmienić wiedzę na temat danego obiektu

Obserwacje mgławicy Barnard 68 w podczerwieni były już wykonywane wcześniej, także z Ziemi za pomocą teleskopów VLT, jednakże Webb zapewnia precyzję jeszcze większą niż ziemskie instrumenty obserwacyjne. A w astronomii obserwacyjnej dokładność pomiarów ma kluczowe znaczenie.

Skąd biorą się gwiazdy? To już teoretycznie wiemy. Ale jak dokładnie powstają miejsca, gdzie te gwiazdy się formują. To pytanie, które jeszcze czeka na dokładną odpowiedź

Ponieważ Webb jest potężnym teleskopem wystarczy nawet krótka, kilkudziesięciominutowa, sesja obserwacyjna, by uzyskane dane pozwoliły ujrzeć w nowym świetle teoretycznie znane nam już dobrze obiekty. Dlatego w ciągu najbliższych miesięcy będziemy zasypywani takimi nowymi spojrzeniami na wiele już wcześniej obserwowanych miejsc w kosmosie. I dobrze.

Źródło: JWST, ESO, ESA, inf. własna