Den här bilden av det stjärnbildande molnet NGC 346 är en kombination av ljus med flera våglängder från NASA:s Spitzer Space Telescope (infrarött), European Southern Observatorys New Technology Telescope (synligt), och Europeiska rymdorganisationens XMM-Newton rymdteleskop (röntgen). Webbs skarpare infraröda syn kommer att göra det möjligt för astronomer att i större detalj kartlägga utvecklingsstjärnor som fortfarande är inkapslade i deras födelsekokonger av gas och damm. Kredit:NASA, JPL-Caltech, och D. Gouliermis (Max-Planck Institute)
Det bländande skenet från unga stjärnor dominerar bilder av den gigantiska stjärnkammaren NGC 346, i den närliggande dvärggalaxen som kallas det lilla magellanska molnet. Men denna fotogeniska skönhet är mer än bara ett "nätt ansikte".
NGC 346 är en närliggande proxy för de otaliga stjärnbildande regioner som fanns när universum brann av stjärnbildning bara några miljarder år efter big bang. Astronomer har inte tillräckligt kraftfulla teleskop för att studera detaljerna i stjärnbildningen i dessa avlägsna "baby-boom"-galaxer. Rymdteleskopet Hubble avbildade NGC 346 för att identifiera de optiskt ljusa stjärnorna. Dock, För att förstå stjärnbildningsprocessen måste astronomerna titta igenom de dammiga stjärnväxterna. Observatörer kommer att använda den skarpa infraröda visionen från NASA:s rymdteleskop James Webb för att studera NGC 346, vilket skulle kunna hjälpa dem att utveckla en tydligare bild av hur galaxerna för länge sedan slog ut stjärnor i en sådan enorm hastighet.
Webb kommer att tillåta astronomer att utföra en aldrig tidigare skådad, detaljerad analys av ett stjärnbildande område som har brist på grundämnen som är tyngre än väte och helium. I det mycket tidiga universum var endast väte och helium (kokta i big bang) tillgängliga råmaterial för stjärnbildning. Efterföljande generationer av stjärnor skapade tyngre grundämnen i sina kärnor genom kärnfusion och genom supernovaexplosioner. Dessa element, som kol, kväve, och syre, återvinns genom efterföljande generationer av stjärnor, planeter, och i fallet med jorden, alla former av liv.
En annan länk mellan NGC 346 och den stjärnbildande storhetstid är den stora mängden ungar, massiva stjärnor som finns i dessa bördiga områden. Dessa stjärnjättar skapar förödelse i sin miljö genom att släppa lös ultraviolett strålning och kraftfulla stjärnvindar (strömmar av laddade partiklar). Energi från dessa "mobbande" monsterstjärnor kan förstöra stjärnbildande moln av gas och damm och störa skivorna som omger stjärnor där planeter kan bildas.
"Det lilla magellanska molnet kan vara ett lokalt astrofysiskt laboratorium för att studera processer som hände vid den högsta stjärnbildningsepoken, eftersom de tidiga galaxerna innehöll massor av massiva stjärnor och hade brist på tyngre grundämnen, " sa huvudforskaren Margaret Meixner, från Space Telescope Science Institute och Johns Hopkins University, både i Baltimore, Maryland. "Frågorna är vad är processen för stjärnbildning i galaxer som saknar tyngre element och hur är stjärnbildning där annorlunda än stjärnbildning i Vintergatan, som innehåller tyngre grundämnen? Du måste få en räkning av alla bildande stjärnor för att svara på dessa frågor."
En folkräkning av stjärnor med mindre massa
Vintergatan innehåller cirka 25 procent tyngre grundämnen än det lilla magellanska molnet. Många studier har genomförts om hur stjärnor bildas i den tyngre elementrika Vintergatan. Men Vintergatans stjärnor finns i närheten, medan stjärnorna i det lilla magellanska molnet är för långt borta för att studera dem alla i detalj. "Vi hoppas verkligen kunna studera NGC 346-regionen på den skala som vi har kunnat studera stjärnbildning i vår Vintergatans galax, " lade till teammedlemmen Isha Nayak från Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland. "Det är svårt att lösa saker även i närliggande galaxer som det lilla magellanska molnet på samma sätt som vi kan göra i vårt eget område. En fråga vi vill ha svar på är, utvecklas alla dessa stjärnor på samma sätt?"
Spädbarnsstjärnor som fortfarande är inbäddade i gas och damm i NGC 346-nebulosan lyser starkt i den här bilden av rymdteleskopet Hubble. Webbs infraröda vision kommer att avslöja tusentals fler stjärnor under utveckling i denna stjärnbildande region. Kredit:NASA, ESA, och A. Nota (STScI/ESA)
Webb-observationerna kommer att fortsätta det arbete som påbörjades av astronomer som använder teleskop som Herschel Space Observatory och NASA:s Spitzer Space Telescope. Spitzer och Herschel-observationer gav en inventering av de massiva stjärnorna som bildas i NGC 346, som är åtta gånger vår sols massa eller större. Men Webbs Near-Infrared Camera (NIRCam) och Mid-Infrared Imager (MIRI) instrument har skärpan för att fånga de mindre stjärnorna, från åtta solmassor till mindre än en solmassa. Astronomer kommer då att ha den fullständiga massfördelningen av stjärnor i NGC 346. Webb-folkräkningen kan avslöja så många som 10, 000 unga, dammhöljda spirande stjärnor, många av dem mindre än en miljon år gamla.
Undersöker Dusty, Planetbildande skivor
Några av de nya stjärnorna i NGC 346 har protoplanetära skivor som omger dem, där planeter kan bildas. Forskare kommer att använda NIRCam och MIRI-avbildaren för att upptäcka den nära-infraröda dammutstrålningen i dessa diskar. "Vi kommer att kunna avgöra om dessa skivor liknar de typer av skivor vi ser i vårt lokala solområde som bildar planetsystem, " sa Meixner. "Och, vi hoppas kunna svara på om planetsystem kan bildas i områden med brist på tyngre grundämnen eller under mycket extrema stjärnbildande förhållanden."
Det kan vara svårare att göra planeter i miljöer som till stor del saknar tyngre grundämnen. "När du har en miljö som saknar tyngre element, den ultravioletta strålningen från stjärnor med hög massa kan penetrera mycket djupare in i ett molekylärt gasmoln där stjärnor bildas, så det är svårt för stjärnor med låg massa, än mindre planeter, att bildas i en sådan miljö, sa Nayak.
Damm kan vara till besvär för många människor, men det är viktigt för stjärnbildningen. Det hjälper till att skydda det täta, kall, gasformigt moln där stjärnor bildas från brännande strålning och hårda stjärnvindar som kan slita isär molnet. "Damm spelar en viktig roll för att tillhandahålla en säker tillflyktsort för en fantastisk plantskola, " förklarade Meixner.
Webbs spektrografer kommer att peka ut den tätaste, dammigaste områden där stjärnbildning sker och kommer att undersöka utvecklingen av de protoplanetära skivorna. "Frågan är vad du behöver för att bilda stjärnor?" sa Meixner. "Kanske kommer vi att hitta ett samband mellan stjärnbildning och dess miljö."
Observationerna som beskrivs här kommer att tas som en del av Webbs program för Guaranteed Time Observation (GTO). GTO-programmet ger dedikerad tid åt forskarna som har arbetat med NASA för att skapa vetenskap och instrumentkapacitet hos Webb under hela dess utveckling.
Rymdteleskopet James Webb kommer att vara världens främsta rymdforskningsobservatorium när det lanseras 2021. Webb kommer att lösa vårt solsystems mysterier, se bortom till avlägsna världar runt andra stjärnor, och undersöka de mystiska strukturerna och ursprunget till vårt universum och vår plats i det. Webb är ett internationellt projekt som leds av NASA med sina partners, European Space Agency (ESA) och Canadian Space Agency.
