Úchvatné panorama místa vzniku hvězd i vzdálených galaxií z JWST

Hvězdotvorná oblast IC 348 se nachází na vesmírná měřítka velmi blízko, přibližně 1 000 světelných let od nás, směrem, kde vnímáme hvězdy v souhvězdí Persea. V oblastech, jako je IC 348, se chladnější oblaka molekulárního vodíku smršťují a vytvářejí se zde nové hvězdy. Proces tvorby hvězd může vytvářet působivě rozmanité objekty, od hmotných hvězd, které zanikají již po několika milionech let při výbuchu supernov způsobených kolapsem jejich jádra, až po nejmenší a nejběžnější hvězdy, které žijí velmi dlouho.

Nejmenší hvězdy, červení trpaslíci, mají hmotnost přibližně nad 8 % hmotnosti Slunce. Pod touto hranicí se nachází podivná a fascinující třída objektů zvaná hnědí trpaslíci. Vznikají stejným způsobem jako hvězdy, a to kolapsem molekulárních mračen, ale na rozdíl od hvězd se jádra hnědých trpaslíků nikdy nezahřejí natolik, aby došlo k fúzi vodíku na helium (ačkoli mnohé z nich na počátku svého života krátce fúzují deuterium, neboli těžký vodík).

Co stále není jasné – a co vědci doufali zjistit pomocí citlivých přístrojů dalekohledu Jamese Webba při zkoumání IC 348 – je to, jak malé jsou nejmenší objekty vznikající v procesu tvorby hvězd. Jinými slovy, jak malý je nejmenší hnědý trpaslík?

Vědci, kteří se snažili tuto otázku vyřešit, poprvé zaměřili teleskop JWST na IC 348 už v roce 2022 a objevili hnědé trpaslíky s hmotností pouhých tří až čtyřnásobků hmotnosti Jupitera. Nyní stejný výzkumný tým využil teleskop k ještě hlubšímu prozkoumání této oblasti při hledání ještě menších hnědých trpaslíků.

V roce 2024 tým využil Webbovu kameru NIRCam (Near-Infrared Camera) k zachycení tepelného záření mladých hnědých trpaslíků a nově zrozených hvězd, které vidíme na tomto novém snímku IC 348. Po výběru kandidátů na hnědé trpaslíky na základě jejich barev a jasu provedli v roce 2025 pomocí Webbova přístroje NIRSpec (spektrograf pro blízké infračervené záření) spektroskopická pozorování s cílem určit hmotnosti hnědých trpaslíků.

Tato detailní pozorování odhalila něco pozoruhodného: hnědé trpaslíky s hmotností pouze dvakrát větší než hmotnost Jupitera – což představuje jen 0,19 % hmotnosti Slunce. Jedná se o nejlehčí známé hnědé trpaslíky a jejich existence představuje výzvu pro modely vzniku hvězd.

Kromě objevu těchto nečekaně lehkých hnědých trpaslíků přinesla pozorování JWST ještě další překvapení. Jeden z nejlehčích nově objevených hnědých trpaslíků vykazoval známky prachového disku, což naznačuje, že by se kolem něj mohly tvořit planety, a to i přesto, že hnědý trpaslík má sám hmotnost planety.

Při zkoumání spekter hnědých trpaslíků v IC 348 výzkumný tým také objevil charakteristické spektrální čáry uhlovodíků, tedy molekul složených výhradně z atomů vodíku a uhlíku. Toto bylo dosud pozorováno pouze v atmosférách hnědých trpaslíků s nejnižší hmotností, což naznačuje, že tyto extrémní objekty by mohly tvořit vlastní spektrální třídu.

Hvězdy a hnědí trpaslíci v IC 348 nejsou jedinými zajímavými objekty na této pestré fotografii. V pravém horním rohu snímku se nachází úchvatně detailní soustava protohvězd s mohutnými výtrysky, tzv. Herbig-Haro objekty a v pozadí také velmi zajímavé spirální galaxie, nebo ještě mnohem vzdálenější galaxie z nichž jedna je dokonce vidět, jak je deformována gravitační čočkou bližší galaxie.

Hvězdy ponořené v mlhovině

Tato malá část zorného pole obsahuje dvě hvězdy hluboce ponořené v oblaku plynu a prachu. Krátkovolnné záření jasnější, na snímku oranžovější hvězdy, je pohlcováno prachem, takže nejjasnější je při delších vlnových délkách, které jsou na snímku zbarveny do oranžova. Vedlejší slabší hvzěda se jeví modřejší, protože není tolik ponořena do prachu a září výrazněji i v kratších vlnových délkách.

Centrální hvězdokupa

Středu oblasti IC 348 dominují řídké závoje plynu. Hvězdný vítr z mnoha hvzěd zde ležících vytváří velkou smyčku mezihvězdného plynu a prachu. Tyto mraky odrážejí a rozptylují světlo hvězd z hvězdokupy – jedná se o tzv. reflexní mlhovinu.

Hvězdy a slabé oblouky zářícího plynu

Poblíž okraje snímku září dvě hvězdy ukryté v plynu a prachu. Hvězdy se zdají stejně jasné, ale ta oranžovější je více ponořena v mlhovině. Tenké červené oblouky a skvrny poblíž hvězd jsou horké, zářící rázové vlny vytvořené rychle se pohybujícími výtrysky z hvězd.

Herbig-Haro objekty

Tato relativně malá oblast v horní části snímku je plná dlouhých, zářících výtrysků a výrazných barevných mlhovin. Tyto výtrysky známé jako Herbig-Haro objekty, vznikají působením hvězdných větrů nebo výtrysků z protohvězd, které se prořezávají hustými mraky kolem sebe. Tyto objekty byly předmětem samostatných snímků HST i JWST v minulosti, protože jde o vznikající hvězdy a jejich planetární soustavy.

Gravitační čočka

Tento nepatrný objekt, který na první pohled vypadá téměř jako planeta s prstencem, jsou ve skutečnosti dvě galaxie. Ta modrá je nám blíže (i když i tak velmi daleko) a oranžová galaxie je velmi daleko za ní, ale je s ní téměř přesně v jedné ose. To způsobuje, že světlo z oranžové galaxie je ohýbáno gravitací modré galaxie, čímž vzniká zvětšený a zkreslený obraz vlevo i vpravo.

Spirální galaxie

Některé z výraznějších galaxií, které lze spatřit za mraky plynu a prachu jsou poměrně blízké spirální galaxie. Zatímco oblast IC 348 je od Země vzdálena asi 1 000 světelných let, tyto galaxie jsou asi tisíckrát dál, miliony světelných let. Ještě menší galaxie, které se v pozadí jeví jako barevné tečky, jsou vzdáleny až miliardy světelných let.