Ein Team von Astronomen an der University of California, Irvine und anderen Institutionen, das als erstes Datenübertragungen vom James Webb Space Telescope empfängt, nutzt die beispiellos klaren Beobachtungen, um das geheime Innenleben von Galaxien aufzudecken.
In einem Papier, das heute in veröffentlicht wird Die Briefe des astrophysikalischen Journals (und derzeit auf arXiv verfügbar) beschreiben die Forscher ihre Untersuchung der nahen Galaxie NGC 7469 mit den ultraempfindlichen Detektionsinstrumenten des JWST im mittleren Infrarotbereich. Sie haben die bisher detaillierteste Analyse der Wechselwirkungen zwischen einem aktiven galaktischen Kern, der von einem supermassiven Schwarzen Loch dominiert wird, und den ihn umgebenden sternbildenden Galaxienregionen durchgeführt.
„Was wir in diesem System sehen, war eine Überraschung für uns“, sagte Hauptautorin Vivian U, UCI-Assistenzwissenschaftlerin für Physik und Astronomie und Mitglied eines von 13 JWST Early Release Science-Teams. „Wenn wir diese Galaxie frontal betrachten, können wir nicht nur die Winde des supermassiven Schwarzen Lochs sehen, die in unsere Richtung wehen, sondern auch die ‚Schockerhitzung‘ des Gases, die durch diese Winde sehr nahe am zentralen aktiven galaktischen Kern verursacht wird, was etwas ist wir hatten nicht erwartet, so klar unterscheiden zu können.“
U bemerkte, dass eine Schockerwärmung auftritt, wenn Wind von einem Schwarzen Loch im Zentrum einer Galaxie auf das umgebende dichte Gas drückt und eine Schockfront erzeugt, die Energie in das interstellare Medium abgibt. Dieser Effekt könnte die Sternentstehung auf zwei gegensätzliche Weise beeinflussen, sagte sie. Indem es das Gas in molekulare Form komprimiert, kann es die Geburt neuer Sterne fördern, oder zu starke Rückkopplungsprozesse des galaktischen Windes können die Geburt verhindern, indem sie Sternenkindergärten zerstören.
Laut U ist NGC 7469 eine Seyfert-Galaxie mit einem aktiven Zentrum, das ein supermassereiches Schwarzes Loch und einen Ring aus Sternentstehungsregionen beherbergt. Jahrzehntelang haben Astronomen versucht, die detaillierte Dynamik dieser Systeme zu untersuchen, die etwa 10 Prozent aller Galaxien ausmachen, aber Staub – der in der Regel in ihrem Zentrum reichlich vorhanden ist – hat dies zu einer Herausforderung gemacht. Für diese Studie gewährte das JWST U und ihren Co-Autoren Zugang zu dem, was sich hinter dem Staubschleier verbirgt.
Unter Verwendung des 6,5-Meter-Spiegels des Teleskops und fortschrittlicher Werkzeuge, einschließlich des Instruments für mittleres Infrarot, konnten die Forscher mehrere wichtige Emissionslinien ionisierter und molekularer Gase kartieren, die Astronomen über die Bedingungen des interstellaren Mediums informieren – Gas, Staub und Strahlung, die zwischen Sternensystemen in einer Galaxie existiert, und die Sternentstehungsregionen innerhalb eines Starburst-Rings lokalisieren. Sie entdeckten auch einen Hochgeschwindigkeitsausfluss von ionisiertem Gas, das „blauverschoben“ ist, was bedeutet, dass es auf den Beobachter zukommt, anstatt sich in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen.
„Die neu realisierte Möglichkeit der integralen Feldspektroskopie im mittleren Infrarot des JWST-Instruments für mittleres Infrarot ermöglicht es uns jetzt, nicht nur zu sehen, was sich hinter dem Staub befindet, sondern auch, wie sich die Dinge in sehr kleinen Maßstäben bewegen, die wir vorher nicht sehen konnten Wellenlängen“, sagte U.
„Wir haben jetzt – zumindest in diesem System – ein kohärenteres Bild davon, wie der aktive galaktische Kern Gas austreibt und wie sich das auf das umgebende Material auswirkt“, fügte sie hinzu. „Wir sehen eindeutige Anzeichen dafür, dass die von Schwarzen Löchern angetriebenen Winde Energie in das interstellare Medium leiten.“
U sagte, dass die Tatsache, dass sie mit einer zweiten Galaxie verschmilzt, einen wesentlichen Beitrag zur aufgewühlten Dynamik von NGC 7469 leistet.
„Die Wechselwirkung mit einer anderen Galaxie bedeutet, dass galaktische Materialien aufgrund von Gezeitenkräften herumbewegt werden und sich in Richtung des Zentrums des Galaxiensystems bewegen, wenn der Drehimpuls verloren geht. Dieser Prozess neigt dazu, das Galaxienzentrum sehr staubig zu machen“, sagt sie erklärt. „Deshalb braucht man Instrumente wie die an Bord des JWST, die es uns ermöglichen, durch den Staub zu blicken und unser Verständnis der staubigen Kerne verschmelzender Galaxien zu erleichtern.“
Die heutige Veröffentlichung gehört zu den ersten in einer Reihe von Arbeiten von U und ihren Mitarbeitern, die Daten aus dem JWST Early Release Science-Programm Nr. 1328 analysieren. Laut U bieten die spektakulären bildgebenden und spektroskopischen Daten des JWST einen detaillierten Einblick in wie sich Galaxien durch den Verschmelzungsmechanismus entwickeln und ihr Team in die Lage versetzen, in die Physik der Sternentstehung, des Wachstums schwarzer Löcher und der Rückkopplung in nahe gelegenen verschmelzenden Galaxien einzutauchen.
Zu den Hauptforschern zählen U, Lee Armus vom Infrared Processing & Analysis Center am Caltech und Aaron Evans vom National Radio Astronomy Observatory in Virginia. Die Studie basiert auf Beobachtungen des James Webb Space Telescope, das gemeinsam von der NASA, der European Space Agency und der Canadian Space Agency betrieben wird.
Mehr Informationen:
Vivian U et al, GOALS-JWST: Resolving the Circumnuclear Gas Dynamics in NGC 7469 in the Mid-Infrared, Die Briefe des astrophysikalischen Journals (2022). DOI: 10.48550/arxiv.2209.01210