Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba i Kosmiczny Teleskop Hubble’a połączyły siły, aby zbadać rozległą gromadę galaktyk znaną jako MACS0416. Powstały obraz panchromatyczny ukazuje wszechświat zarówno w pasmie widzialnym, jak i podczerwonym. W efekcie powstał jeden z najbardziej wszechstronnych obrazów Wszechświata, jakie kiedykolwiek wykonano. Znajdująca się około 4,3 miliarda lat świetlnych od Ziemi MACS0416 to para zderzających się ze sobą gromad galaktyk, które ostatecznie połączą się, tworząc jedną jeszcze większą gromadę.
Zaprezentowane właśnie zdjęcie ukazuje bogactwo szczegółów, które można uzyskać jedynie dzięki połączeniu mocy obu teleskopów kosmicznych. Obejmuje ono mnóstwo galaktyk znajdujących się poza gromadą oraz niewielką liczbę źródeł zmieniających się w czasie, prawdopodobnie na skutek soczewkowania grawitacyjnego.
Gromada ta była pierwszą bohaterką serii bezprecedensowych, bardzo głębokich widoków Wszechświata uzyskanych w ramach ambitnego programu Hubble’a o nazwie Frontier Fields, zainaugurowanego w 2014 roku. Hubble był pionierem w poszukiwaniach niektórych z najsłabszych i najmłodszych galaktyk, jakie kiedykolwiek wykryto. Spojrzenie Webba w podczerwieni znacząco wzbogaca to zdjęcie, sięgając jeszcze dalej do wczesnego Wszechświata.
„Korzystamy z dziedzictwa Hubble’a, wypychając go na głębsze wody, zaglądając na większe odległości i dostrzegając słabsze obiekty” – powiedział Rogier Windhorst z Arizona State University, główny badacz programu PEARLS (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science), w ramach którego przeprowadzono obserwacje Webba.
Co oznaczają kolory na zdjęciu?
Tworząc powyższy obraz, najkrótsze fale światła oznaczono kolorem niebieskim, najdłuższe – czerwonym, a pośrednie – zielonym. Szeroki zakres długości fal, od 0,4 do 5 mikronów, pozwala uzyskać szczególnie żywy krajobraz galaktyk.
Kolory te dają wskazówki co do odległości galaktyk: najbardziej niebieskie galaktyki znajdują się stosunkowo blisko i często wykazują intensywne procesy gwiazdotwórcze, które najlepiej wykrywa Hubble, podczas gdy bardziej czerwone galaktyki są zwykle bardziej odległe i je wykrywa Webb. Niektóre galaktyki również wydają się bardzo czerwone, ponieważ zawierają duże ilości kosmicznego pyłu, który ma tendencję do pochłaniania niebieskich kolorów światła gwiazd.
„Cały obraz nie stanie się jasny, dopóki nie połączymy danych Webba z danymi Hubble’a” – powiedział Windhorst.
Gromada galaktyk jak choinka
Chociaż nowe obserwacje Webba przyczyniają się do tego estetycznego widoku, zostały zrealizowane w konkretnym celu naukowym. Zespół badawczy połączył swoje trzy epoki obserwacji, każda w odstępie kilku tygodni, z czwartą epoką przeprowadzoną przez zespół badawczy CANUCS (CAnadian NIRISS Unbiased Cluster Survey). Celem było poszukiwanie obiektów o zmiennej obserwowanej jasności w czasie, zwanych zjawiskami przejściowymi.
Teleskopy zidentyfikowali 14 takich zjawisk przejściowych w całym polu widzenia. Dwanaście z nich zlokalizowano w trzech galaktykach, które zostały silnie powiększone przez soczewkowanie grawitacyjne i prawdopodobnie są to pojedyncze gwiazdy lub układy wielokrotne gwiazd, które przez krótki czas są bardzo mocno powiększone. Pozostałe dwa znajdują się w słabiej powiększonych galaktykach tła i prawdopodobnie są supernowymi.
Znalezienie tak wielu zjawisk przejściowych podczas obserwacji obejmujących stosunkowo krótki okres czasu sugeruje, że astronomowie mogliby znaleźć wiele dodatkowych zjawisk tego typu w tej gromadzie i innych podobnych dzięki regularnie monitorując ją za pomocą Webba.
Gwiazda kaiju
Wśród zjawisk przejściowych zidentyfikowanych przez zespół jeden wyróżniał się szczególnie. Znajduje się w galaktyce, która istniała około 3 miliardy lat po Wielkim Wybuchu, i jest powiększony co najmniej 4000 razy. Zespół nadał układowi gwiezdnemu przydomek „Mothra” w ukłonie w stronę jego „potwornej natury”, która jest zarówno niezwykle jasna, jak i niezwykle powiększona. Dołącza do innej soczewkowanej gwiazdy, którą badacze wcześniej zidentyfikowali i którą nazwali „Godzillą”. (Zarówno Godzilla, jak i Mothra to gigantyczne potwory znane w japońskim kinie jako kaiju.)
Co ciekawe, Mothrę widać także w obserwacjach Hubble’a przeprowadzonych dziewięć lat wcześniej. Jest to niezwykłe, ponieważ do tak dużego powiększenia gwiazdy potrzebne jest bardzo specyficzne ustawienie gromady galaktyk na pierwszym planie i gwiazdy tła. Wzajemne ruchy gwiazdy i gromady powinny ostatecznie wyeliminować to ustawienie.
Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest to, że w gromadzie na pierwszym planie znajduje się dodatkowy obiekt, który zapewnia większe powiększenie. Zespołowi udało się ograniczyć jej masę do masy od 10 000 do 1 miliona mas naszego Słońca. Dokładna natura tej tak zwanej „milisoczewki” pozostaje jednak nieznana.
„Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest gromada kulista gwiazd, która jest zbyt słaba, aby Webb mógł ją bezpośrednio zobaczyć” – stwierdził Jose Diego z Instituto de Física de Cantabria w Hiszpanii, główny autor artykułu szczegółowo opisującego odkrycie. „Ale nie znamy jeszcze prawdziwej natury tego dodatkowego obiektywu”.