NGC 346, fabrica de stele care ne arată cum putea arăta Universul timpuriu

După ce am rămas în Calea Lactee pentru a explora Westerlund 1, călătoria noastră cosmică trece acum granița galaxiei. Nu trebuie să mergem însă foarte departe pentru a ajunge într-un alt univers stelar. La aproximativ 200.000–210.000 de ani-lumină de Pământ se află Micul Nor al lui Magellan, o mică galaxie-satelit a Căii Lactee, vizibilă pe cerul emisferei sudice în direcția constelației Tucanul. În interiorul ei se află roiul de stele NGC 346, unul dintre cele mai spectaculoase laboratoare naturale pentru studiul nașterii stelelor.

La prima vedere, imaginea realizată de Telescopul James Webb pare să înfățișeze o nebuloasă delicată, dominată de arce roz și portocalii, filamente și numeroase stele. În realitate, ceea ce vedem este o regiune în care materia interstelară este permanent modelată de radiația și vânturile stelelor masive.

NGC 346 este considerată cea mai strălucitoare și cea mai mare regiune de formare stelară din Micul Nor al lui Magellan. Roiul este atât de activ încât astronomii îl consideră unul dintre cele mai dinamice locuri de acest tip din galaxiile apropiate. Însă adevărata importanță a lui NGC 346 nu vine doar din spectaculozitatea imaginii. Ea vine din mediul în care se află.

Micul Nor al lui Magellan conține proporțional mult mai puține elemente mai grele decât hidrogenul și heliul decât Calea Lactee. În limbaj astronomic, vorbim despre o metalicitate mai redusă. Elementele grele sunt esențiale pentru formarea prafului cosmic, iar praful joacă un rol important în evoluția norilor moleculari și a discurilor din jurul stelelor tinere.

Prin urmare, NGC 346 este un fel de laborator cosmic care ne permite să studiem astăzi condiții ce amintesc de cele întâlnite în Universul mult mai tânăr.

James Webb vede prin vălul de praf

În ianuarie 2023, astronomii au publicat prima imagine spectaculoasă NIRCam a lui NGC 346 realizată de James Webb. Camera în infraroșu apropiat a observat regiunea la lungimi de undă de aproximativ 2,0–4,44 micrometri, dezvăluind structuri pe care lumina vizibilă nu le poate separa la fel de ușor. Imaginea oficială este disponibilă într-o rezoluție impresionantă de 7884 × 11451 pixeli.

Diferența față de Hubble este deosebit de interesantă. NASA a publicat chiar o comparație directă între cele două telescoape. În imaginea Hubble, regiunea este dominată de stele și de nebulozitatea luminoasă, în timp ce Webb pătrunde mai adânc prin norii de material și scoate în evidență structuri care apar sub forma unor fibre răsucite.

NGC 346 văzut de telescoapele Hubble (stânga) și James Webb (dreapta). | Foto: NASA, ESA, CSA, STScI, O. C. Jones (UK ATC), G. De Marchi (ESTEC), M. Meixner (USRA), A. Nota (ESA)

Este un exemplu perfect pentru motivul pentru care comparațiile dintre cele două telescoape sunt atât de interesante în această serie. Hubble și Webb nu concurează pentru aceeași imagine. Ei observă Universul în domenii diferite ale spectrului electromagnetic și, tocmai de aceea, pot dezvălui aspecte complementare ale aceluiași obiect.

În cazul lui NGC 346, Webb ne permite să urmărim mai bine materialul rece și structurile asociate formării stelelor, inclusiv regiuni în care se află protostele – stele care încă acumulează materie din mediul lor.

O fabrică de stele într-un Univers sărac în metale

Aici apare una dintre cele mai interesante întrebări. Dacă Micul Nor al lui Magellan conține atât de puține elemente grele, cum se comportă procesul de formare a stelelor?

În Calea Lactee, astronomii au observat numeroase regiuni în care stelele tinere sunt înconjurate de discuri de gaz și praf. Aceste discuri sunt adevărate rezervoare de materie din care se pot forma planete. Într-un mediu sărac în elemente grele, însă, modelele teoretice sugerau că astfel de discuri ar trebui să fie dispersate mai repede.

Observațiile Telescopului James Webb din NGC 346 au arătat însă ceva surprinzător. Astronomii au putut identifica protostele cu mase mult mai mici decât cele accesibile observațiilor infraroșii anterioare, coborând până la aproximativ o zecime din masa Soarelui. În jurul unora dintre aceste stele au fost detectate discuri de material în proces de acumulare. Pentru prima dată, observațiile în infraroșu au oferit și dovezi ale prezenței prafului în aceste discuri.

Imaginea devine și mai interesantă dacă ne gândim la ceea ce reprezintă acele particule de praf. Sunt materiale care pot deveni, în timp, componente ale planetelor. Cu alte cuvinte, Webb nu privește doar nașterea unor stele. El urmărește și primele etape ale mediilor în care ar putea apărea planete.

Discurile protoplanetare trăiesc mai mult decât credeam

Descoperirea a căpătat o semnificație și mai mare în 2024, când observațiile lui Webb au furnizat spectre pentru stelele studiate în NGC 346.

Telescopul Hubble observase anterior în regiune stele cu vârste de aproximativ 20–30 de milioane de ani care păreau încă să aibă discuri capabile să formeze planete. Rezultatul era surprinzător, deoarece observațiile din Calea Lactee sugerau că discurile protoplanetare se risipesc de obicei în doar câteva milioane de ani. Fără spectre, însă, nu era posibil să se stabilească fără echivoc dacă era vorba într-adevăr despre discuri și despre acumularea de materie.

Telescopul James Webb a oferit această confirmare. Observațiile cu instrumentul NIRSpec au detectat semnături spectrale ale hidrogenului molecular rece și ale hidrogenului atomic în jurul stelelor studiate. Aceste semnături indică faptul că stelele respective sunt încă înconjurate de discuri și continuă să acumuleze materie chiar și la vârste de 20–30 de milioane de ani.

Este o descoperire importantă pentru modelele formării planetelor. Cercetătorii estimează că discurile din acest mediu pot supraviețui de aproximativ zece ori mai mult decât în regiunile similare din Calea Lactee. Un posibil motiv este metalicitatea redusă: presiunea radiației stelare poate avea nevoie de mai mult timp pentru a dispersa materialul atunci când există mai puține elemente grele. O altă posibilitate este ca stelele să se formeze din nori de gaz mai mari, ceea ce ar produce discuri mai masive și mai greu de îndepărtat.

Nu înseamnă că astronomii au descoperit planete în jurul acestor stele. Dar rezultatul schimbă modul în care privim fereastra de timp disponibilă pentru formarea planetelor în mediile sărace în elemente grele.

O privire către Universul de acum miliarde de ani

Aici NGC 346 devine mai mult decât un simplu roi stelar. Micul Nor al lui Magellan este o galaxie relativ apropiată și poate fi observat mult mai ușor decât galaxiile îndepărtate din Universul timpuriu. În același timp, compoziția sa chimică oferă condiții care seamănă într-o anumită măsură cu cele existente în epoci mult mai vechi ale Universului.

Astronomii sunt interesați în special de perioada numită „cosmic noon” (perioada de vârf a formării stelelor), situată la aproximativ 2–3 miliarde de ani după Big Bang, când formarea stelelor a atins un ritm extraordinar în multe galaxii. Dacă într-o galaxie din acea perioadă ar fi existat nu un singur NGC 346, ci mii de regiuni similare, putem începe să înțelegem cât de intensă era activitatea de formare a stelelor.

În acest sens, Webb transformă NGC 346 într-un fel de laborator al trecutului cosmic. Nu privim direct o galaxie de acum zece miliarde de ani, ci studiem un mediu apropiat care păstrează unele dintre caracteristicile chimice pe care astfel de regiuni le aveau într-o perioadă mult mai veche.

Iar în centrul acestei povești se află o întrebare care ne apropie din nou de propria noastră origine: dacă stelele și discurile protoplanetare puteau supraviețui mai mult în aceste medii, cât de devreme în istoria Universului au putut apărea primele planete?

NGC 346 și începutul unei alte lumi

În lumina lui NGC 346 vedem un proces care pare familiar: nori de gaz se prăbușesc, stele se aprind, materia se adună în jurul lor și începe să formeze structuri complexe. Însă decorul este diferit de cel al Căii Lactee. Mai puține elemente grele. Mai puțin praf decât în regiunile noastre tipice. Stele tinere, discuri protoplanetare și un roi care reproduce, la scară locală, unele dintre condițiile unui Univers mult mai tânăr.

James Webb ne permite astfel să facem ceva extraordinar: să privim către o galaxie-satelit relativ apropiată și, prin ea, să ne apropiem de momentul în care Universul începea să devină bogat în stele și, poate, în lumi. NGC 346 nu este doar o fabrică de stele. Este o fereastră către trecutul cosmic și către posibilitatea ca planetele să fi început să apară mult mai devreme decât am crezut.