Zum ersten Mal bieten hochauflösende Bilder des James Webb-Weltraumteleskops aussagekräftige Einblicke in die komplexen Staubmuster nahegelegener Sternentstehungsgalaxien.
Kosmischer Staub ist einer der grundlegendsten Bausteine im Universum und ein wesentlicher Bestandteil für das Wachstum einer Galaxie. Wenn diese winzigen Körner verstreut werden, tragen sie dazu bei, den Grundstein für die Entstehung von Sternen und Planeten zu legen – doch erst vor kurzem haben Astronomen durch rasante Technologiesprünge begonnen, ein helleres Licht auf ihre komplizierte Physik zu werfen.
Unter der Leitung von Wissenschaftlern der Ohio State University nutzte ein internationales Astronomenteam die vom Mittelinfrarotinstrument des James Webb-Weltraumteleskops gesammelten Daten, um atemberaubende Bilder von 19 Spiralgalaxien zu erstellen, die sich relativ nahe an der Milchstraße befinden. Durch die Untersuchung von Infrarotlicht – Wellenlängen, die für das bloße Auge unsichtbar sind – zeigen diese unglaublich präzisen Bilder, wie Staub das Universum befruchtet, nachdem er sowohl von massereichen jungen Sternen als auch von der umgebenden interstellaren Weltraumstrahlung erhitzt wird.
„Anhand dieser brandneuen Daten können wir die Verteilung der Staubemissionen erkennen und bestimmen, wie das interstellare Material in den Scheiben dieser Galaxien aussieht“, sagte Debosmita Pathak, Hauptautorin der Studie und Doktorandin der Astronomie an der Universität Ohio-Staat.
Die Bilder wurden vom PHANGS-JWST Cycle 1 Treasury aufgenommen, einer Forschungskooperation, die Hochleistungsteleskope einsetzt, um die galaktische Entwicklung besser zu verstehen. In dieser Studie verwendeten sie Daten aus dem ersten Jahr der Webb-Beobachtungen, um Messungen der Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion (PDF) zu erstellen, die die Staubemissionen der Galaxien im mittleren Infrarot darstellen.
Sie fanden heraus, dass die Scheiben von Galaxien im mittleren Infrarot sowohl eine normale Gasverteilung (in den PDF-Diagrammen der Studie als hoher Peak dargestellt) als auch eine hohe Verteilung (als sanfter Anstieg dargestellt) aufweisen. Während die Regionen, in denen sich Sternentstehungszentren befinden, deutlich anders aussehen, blieben Form und Breite der Verteilung des diffusen Gases in diesen Galaxien gleich.
„In dynamischer Hinsicht laufen in den Zentren alle sehr unterschiedliche Dinge ab“, sagte Pathak. „Aber wenn man die Zentren aus dem Bild herausnimmt, sehen die Scheiben dieser Galaxien einander sehr ähnlich.“
Die Studie, veröffentlicht vor kurzem in Das Astronomische Journallegt nahe, dass die Dichte des Gases in galaktischen Scheiben einem bestimmten Muster folgt, selbst wenn sie durch sehr unterschiedliche galaktische Umgebungen geformt wird, da die Muster des von diesen beobachteten Galaxien emittierten Infrarotlichts einheitlich zu sein scheinen.
„Da dieser Staub den Treibstoff für zukünftige Sternengenerationen darstellt“, sagte Pathak, „deuten die Ähnlichkeiten, die wir zwischen Galaxien sehen, darauf hin, dass einige Aspekte der Stern- und Planetenentstehung in allen Galaxien universell sein könnten.“
Indem sie einen weiteren Hinweis auf die Geheimnisse unseres Universums erhellen, bieten diese galaktischen Schnappschüsse den Menschen auch die Möglichkeit, einen Blick in den kosmischen Spiegel zu werfen, sagte Pathak.
„Es ist schwierig für uns, eine globale Perspektive auf die Milchstraße zu bekommen“, sagte Pathak. „Diese Studie sagt uns, dass man als Außenstehender etwas Ähnliches sehen würde, was wir bei einer Reihe anderer nahegelegener Galaxien gesehen haben.“
Darüber hinaus könnte die Vertiefung unseres aktuellen Verständnisses der Struktur naher Galaxien zu einem besseren Verständnis der Astrophysik führen, einschließlich der Frage, wie verschiedene Objekte im Universum zusammenpassen.
Sobald nach den nächsten JWST-Zyklen weitere Daten verfügbar sind, plant das Team letztendlich, einen Großteil der Arbeit mit einer noch größeren und reichhaltigeren Stichprobengröße zu wiederholen.
„Man kann nicht alle Galaxien im Universum mit so hohen Auflösungen beobachten, daher ist es hilfreich, allgemein quantitative Aussagen über sie treffen zu können, denn so können wir Rückschlüsse auf immer mehr Galaxien in der Zukunft ziehen“, sagte Pathak.
Mehr Informationen:
Debosmita Pathak et al, Eine zweikomponentige Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion beschreibt die Emission im mittleren Infrarotbereich von den Scheiben sternbildender Galaxien, Das Astronomische Journal (2023). DOI: 10.3847/1538-3881/ad110d