Kot z pyłu w Mgławicy Carina. Hubble i Webb widzą w nim co innego

29 października, na dwa dni przed Halloween, NASA opublikowała trzy zdjęcia tego samego skrawka nieba. Na pierwszym, z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, ciemnobrązowy, nieprzezroczysty słup pyłu odcina się od niebieskiej mgły. Kształtem przypomina kota siedzącego tyłem do patrzącego, z głową zwróconą w prawo. Z głowy patrzy świecące czerwone oko. Dwa pozostałe zdjęcia wykonał Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Sylwetka jest ta sama, ale oko robi się żółte, a pył, który u Hubble'a wydawał się litą ścianą, zaczyna prześwitywać.

Astronomowie nazwali ten obiekt Mgławicą Kociej Głowy. To niewielki fragment ogromnej Mgławicy Carina, rozległego obszaru gwiazdotwórczego oddalonego od Ziemi o około 7500 lat świetlnych. Pod halloweenową oprawą kryje się bardzo praktyczna lekcja astronomii. Ten sam obiekt oglądany w różnych zakresach światła wygląda tak, jakby był trzema różnymi obiektami. Dopiero złożenie tych obrazów pozwala zrozumieć, co się w nim dzieje.

Rzeźba z promieniowania

Kot nie powstał przypadkiem, choć jego podobieństwo do zwierzęcia jest tylko grą wyobraźni. W Mgławicy Carina żyją masywne gwiazdy, a w całym regionie jest ich przynajmniej tuzin o masach od 50 do 100 razy większych od masy Słońca. Takie olbrzymy wysyłają intensywne promieniowanie ultrafioletowe i silne wiatry gwiazdowe, które zdmuchują i rozrywają otaczający je gaz oraz pył. Astronomowie nazywają to sprzężeniem zwrotnym gwiazd: gwiazdy, które narodziły się z obłoku, zaczynają ten obłok niszczyć.

Słup w kształcie kociej głowy przetrwał, bo jest gęstszy od otoczenia. Działa podobnie jak twarda skała, która zostaje, gdy wiatr i woda wypłukują wokół niej miękki piaskowiec. Rzeźba jest jednak tymczasowa. NASA zaznacza, że materia opiera się erozji tylko „przynajmniej na razie”. Gdy kolejne gwiazdy się uformują i zaczną ewoluować, scena się rozproszy.

Na zdjęciu Hubble'a widać ten proces na brzegu słupa. Po jego prawej stronie biegnie mglisty, żółty grzbiet. Taka jasna obwódka pasuje do gazu, który ultrafiolet sąsiednich gwiazd oświetla i jonizuje, czyli odrywa od atomów elektrony. Może tam zachodzić fotoparowanie: promieniowanie podgrzewa powierzchnię obłoku tak mocno, że materia ucieka w przestrzeń.

Otoczenie słupa u góry świeci na niebiesko i turkusowo, a ku dołowi przechodzi w żółć, oranż i czerwień. Filtry Hubble'a wyłapują światło emitowane przez tlen, wodór i siarkę oraz światło gwiazd rozproszone na pyle. Kolory na tym zdjęciu są więc mapą chemii i oświetlenia: pokazują, gdzie gaz jest wzbudzony, gdzie rozprasza światło pył, a gdzie świecą same gwiazdy.

Czytaj teżLekarz z Ziemi odpowie za późno. NASA i Google uczą robota pomagać astronaucie przy USGTajfun In-fa otworzył oko jak opona. Pacyfik pod koniec października wciąż produkował burze

Pył, który staje się przezroczysty

Hubble patrzy głównie w świetle widzialnym, takim, jakie rejestruje ludzkie oko. Dla takiego światła pył jest zasłoną. Dlatego słup na jego zdjęciu jest ciemny i matowy, a oko kota, czyli być może młoda gwiazda wciąż częściowo zatopiona w pyle, przebija się tylko jako czerwona plamka.

Webb pracuje w podczerwieni, a dłuższe fale przechodzą przez pył znacznie łatwiej. W bliskiej podczerwieni, zarejestrowanej kamerą NIRCam, ogólny kształt mgławicy zostaje podobny, ale włókno pyłu staje się bardziej przezroczyste. Widać też złożoną strukturę jego powierzchni, niedostrzegalną w świetle widzialnym. Po lewej stronie kota pojawiają się upiorne smugi gazu i pyłu, delikatne struktury wystawione na promieniowanie masywnych sąsiadów.

Zdjęcie z NIRCam zaludnia się też gwiazdami, gęsto rozsianymi i oddanymi w błękitach i żółciach. Część z nich nawet w podczerwieni pozostaje w różnym stopniu otulona pyłem, więc to ujęcie przypomina katalog etapów: jedne gwiazdy już się wyłoniły, inne dopiero się wykluwają. Oko kota nadal rzuca się w oczy, tym razem na żółto. Rozdzielczość Webba pozwala nawet dostrzec słabe galaktyki tła. Widać więc fragment Drogi Mlecznej i obiekty poza nią, a obiekt, który wydawał się nieprzenikniony, okazuje się częściowo przezroczystym oknem.

Ciepło, którego nie widać

Trzecie zdjęcie, z instrumentu MIRI pracującego w średniej podczerwieni, pokazuje coś jeszcze innego. Tu nie liczy się już światło przechodzące przez pył, tylko światło, które pył sam wysyła. Świeci ciepły pył i cząsteczki zawierające węgiel, wzbudzone przez światło gwiazd, i to one rysują misterną architekturę wnętrza mgławicy. Zmiany barwy i jasności na tym obrazie zdradzają różnice w lokalnych warunkach i składzie materii. Najlepiej widać tu drobne globule i pasma po lewej stronie słupa.

Po prawej stronie kota MIRI pokazuje jasne źródło, oddane na żółto na tle czerwonawej poświaty otaczającej materii. To prawdopodobnie niemowlęca gwiazda zatopiona w pyle. Przez źródło przebiega wąskie włókno. Tu badacze zachowują ostrożność: z samego obrazu nie da się ustalić, czy włókno i gwiazda są fizycznie powiązane, czy tylko nakładają się wzdłuż linii widzenia. Dwuwymiarowe zdjęcie spłaszcza głębię, a w obłoku szerokim na lata świetlne dwa obiekty mogą leżeć jeden za drugim w ogromnej odległości.

Ta wstrzemięźliwość mówi o całym przedsięwzięciu więcej niż efektowna sylwetka. Powstawanie gwiazd jest procesem chaotycznym, skomplikowanym i trudnym do uchwycenia, bo dzieje się w środku obłoków, które same je zasłaniają. Każdy teleskop odpowiada tylko na część pytań. Hubble pokazuje powierzchnię i zjonizowany gaz na krawędzi, czyli miejsce, gdzie masywne gwiazdy niszczą obłok. NIRCam zagląda pod powierzchnię i liczy gwiazdy, które już się w nim zrodziły. MIRI pokazuje ciepło i chemię materii, z której powstaną następne.

Mgławica Carina ma zresztą w tej dziedzinie długą historię. To z niej pochodzą wcześniejsze słynne obrazy: hubble'owska „Mistyczna Góra” i „Kosmiczne Klify” uchwycone przez Webba, które odsłoniły ukryte wcześniej obszary narodzin gwiazd. Hubble działa od 1990 roku i jest wspólnym projektem NASA i Europejskiej Agencji Kosmicznej. Webb powstał we współpracy NASA, ESA i Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej. Ich wspólne spojrzenie na Kocią Głowę pokazuje, że te dwa instrumenty się uzupełniają, a nie zastępują.

Kot z Kariny nie będzie trwał wiecznie. Te same gwiazdy, które wyrzeźbiły jego sylwetkę, w końcu ją rozwieją, a w miejscu słupa pyłu zostaną gwiazdy, które w nim dziś dojrzewają. Trzy zdjęcia z października utrwalają ten moment, zanim pył ostatecznie wyparuje.