James Webb legt verborgen generatie jonge sterren vast in N159

De James Webb-ruimtetelescoop heeft de stervormingsregio N159 in de Grote Magelhaense Wolk vastgelegd met een ongekende scherpte die de Hubble-telescoop niet kan evenaren. In totaal zijn meer dan 300.000 bronnen in beeld gebracht, waaronder sterren die minder dan een half miljoen jaar oud zijn. De beelden tonen aan hoe de stervorming zich door de wolk verspreidt, van oost naar west, als een langzame kosmische golf.

De Grote Magelhaense Wolk is een dwergsterrenstelsel dat op ongeveer 160.000 lichtjaar van ons Melkwegstelsel draait. Binnen dit stelsel bevindt zich een wolk van koud waterstof, genaamd N159, dat wordt beschouwd als een van de meest actieve stervormingsgebieden in de nabijheid van ons sterrenstelsel. Hubble heeft eerder beelden van N159 gemaakt in 1999, 2016 en opnieuw in 2025, waarbij telkens nieuwe structuren zichtbaar werden. Nu heeft de James Webb-ruimtetelescoop hetzelfde gebied vastgelegd, maar met een bereik en resolutie die aanzienlijk verder gaan dan wat Hubble kon bereiken.

N159 beslaat een gebied van ongeveer 130 parsec, wat overeenkomt met zo’n 425 lichtjaar, en ligt net ten zuiden van de Tarantulanevel, het helderste stervormingsgebied in de Grote Magelhaense Wolk. De wolk bevat verschillende deelgebieden met uiteenlopende leeftijden. In het oostelijke gedeelte, N159E, bevinden zich hete, massieve sterren van het OB-type en een compacte, sterk geëxciteerde structuur die bekendstaat als de Papillonnevel, die minder dan 2 parsec (ongeveer 6,5 lichtjaar) groot is. Het westelijke deel, N159W, is nog minder ontwikkeld en bevat jonge sterdotters die nog diep verborgen zijn in moleculair gas en stof.

Deze verdeling maakt N159 bijzonder interessant voor astronomen, omdat het een duidelijk voorbeeld biedt van ‘sequentiële stervorming’. Dit fenomeen beschrijft hoe stervorming zich door een moleculaire wolk verspreidt, aangedreven door de straling en winden van net gevormde zware sterren, die nabijgelegen gas samenpersen en zo een nieuwe generatie sterren creëren.

De bevindingen zijn gepubliceerd in een studie met astrofysicus Nolan Habel als eerste auteur en 21 co-auteurs. Het team maakte gebruik van NIRCam, de nabij-infraroodcamera van Webb, en combineerde tien filters met golflengtes tussen 1 en 4,7 micrometer. Dit resulteerde in fotometrische gegevens voor meer dan 300.000 puntbronnen. Sommige van deze bronnen zijn zo zwak dat ze een magnitude van 27 hebben in het F115W-filter, wat correspondeert met sterren met een massa van minder dan 0,1 zonsmassa. Dit bereik is iets wat eerdere Hubble-studies niet konden bereiken.

Een afbeelding uit de studie toont de combinatie van zes van deze filters in één compositief beeld. Elke kleur in het beeld vertegenwoordigt een andere fysieke eigenschap: het F115W-filter toont het continuüm en de fotosfeer van sterren, terwijl het F187N-filter de Paα-emissie van geïoniseerd waterstof laat zien. Het F335M-filter markeert polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAH's) en het F470N-filter vangt moleculair waterstof. Door deze informatie te combineren, konden de onderzoekers jongere sterren onderscheiden van oudere populaties. Ze identificeerden ook verschillende subgroepen van jonge sterdotters, die sterren zijn in een vroeg stadium van ontwikkeling en vaak verborgen zijn achter dikke schillen van gas en stof. Deze schillen absorberen zichtbaar licht en stralen het weer uit als infraroodstraling, wat resulteert in een infraroodexces.

De ruimtelijke verdeling van de verschillende populaties bevestigt het idee van sequentiële stervorming. In N159E vonden de onderzoekers meer geëvolueerde populaties, met Paα-emissie die wijst op recente maar niet de nieuwste stervorming. In N159W stuitten ze daarentegen op meer kandidaat-jonge sterdotters met sterke infraroodexcessen; compacte clusters van bronnen met waterijsabsorptie en minder Paα-emissie. Dit patroon wijst op een westelijk deel dat jonger en minder ontwikkeld is dan het oostelijke segment.

De onderzoekers ontdekten ook een populatie sterren die jonger zijn dan een half miljoen jaar door de fotometrie te vergelijken met theoretische isochronen. Een isochroon is een model dat voorspelt hoe sterren van verschillende massa's zich in een kleur-helderheidsdiagram verhouden. Door te kijken naar welke curve het beste past bij de gemeten kleuren en helderheden, kunnen astronomen de leeftijd van een sterrenpopulatie afleiden. In astronomische termen zijn sterren van nog geen half miljoen jaar extreem jong, aangezien een ster met een massa vergelijkbaar met de zon tientallen miljoenen jaren nodig heeft om de hoofdreeks te bereiken.

De waarnemingen van Webb bouwen voort op een lange reeks Hubble-observaties van N159. In 1999 richtte Hubble zijn WFPC2-camera op de wolk en legde voor het eerst de Papillonnevel vast, een vlindervormige structuur die duidt op een jonge, zware ster die gas in twee tegengestelde richtingen wegblaast. Deze opname had een bereik van ongeveer 150 lichtjaar en toonde vooral het rode gloeien van waterstof en de donkere stofbanen. De samenwerking tussen de gegevens van Hubble en Webb biedt een dieper inzicht in stervorming en de evolutie van sterrenstelsels.