12 июля 2022 года на пресс-конференции были представлены первые инфракрасные снимки космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST). Миссия, за плечами которой двадцать лет подготовки, перерывов и ожидания, миссия, которая обещала исследовать космос по-новому и которая на самом деле с первых прекрасных снимков заставила нас понять, что мы знаем о космосе еще меньше, чем думали.
В течение следующих двух лет «Джеймс Уэбб» добился значительных успехов, расширив границы наших знаний. Он позволил нам заглянуть в прошлое, в самые ранние галактики, исследовать атмосферы далеких миров, сфотографировать планеты Солнечной системы в инфракрасном свете и преодолеть пылевые завесы туманностей.
Открытия, сделанные с его помощью, не только обогатили наше понимание Вселенной, в которой мы живем, но и поставили новые вопросы, а также опровергли многие наши предположения.
Сегодня, по случаю второй годовщины с того дня и, соответственно, завершения второго года работы JWST, мы собрали в этой статье некоторые из наиболее значимых, с научной точки зрения, изображений этой космической обсерватории, среди многих, заслуживающих упоминания.
1. Самая далекая галактика, известная на сегодняшний день
Самая далекая галактика, обнаруженная на сегодняшний день, называется JADES-GS-z14-0. Она была обнаружена в рамках программы JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) с помощью аппарата «Джеймс Уэбб», в ходе которой собирались данные о галактиках, образовавшихся в первые 650 миллионов лет после Большого взрыва.
JADES-GS-z14-0 характеризуется красным смещением 14,32, то есть мы видим ее такой, какой она была, когда возраст Вселенной составлял всего 290 миллионов лет.
До этой галактики мы никогда не находили галактик с красным смещением больше 14. JADES-GS-z14-0 не только представляет собой новый рекорд расстояния, но и поражает своей яркостью и размерами: ее диаметр составляет 1600 световых лет, а масса в сотни миллионов раз больше массы Солнца. Это открытие ставит вопрос о том, как галактика может так быстро расти и становиться такой яркой за столь короткий промежуток времени.
Наблюдать за этими первобытными галактиками «Джеймс Уэбб» смог благодаря своей способности улавливать инфракрасный свет, который растягивается в результате расширения Вселенной. Красное смещение было измерено с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона телескопа (NIRSpec), что позволило точно определить критическую длину волны, известную как разрыв Лаймана-Альфа. Этот метод подтвердил красное смещение 14,32 для JADES-GS-z14-0 и 13,9 для соседней галактики JADES-GS-z14-1.
Будущие наблюдения с помощью «Джеймса Уэбба» могут открыть еще много подобных галактик, приближая нас к заре космоса.
2. Удивительный галактический каталог
Благодаря очень высокой чувствительности в инфракрасном диапазоне и беспрецедентному разрешению «Джеймс Уэбб» внес уникальный и выдающийся вклад в проект PHANGS (Physics at High Angular Resolution in Nearby Galaxies). Этот проект характеризуется богатым каталогом данных, полученных с космического телескопа Хаббл, многоатомного спектроскопического исследователя (MUSE) Очень большого телескопа ESO и радиоинтерферометра Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), что включает наблюдения в ультрафиолетовом, видимом и радиодиапазоне.
Вклад «Уэбба» в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне позволил получить несколько новых фрагментов головоломки, а главное — уникальный вид на 19 близлежащих галактик. В центре многих из них видны четкие столбчатые структуры, а в ядрах — спирали. Рукава некоторых галактик образуют четкие спирали, в то время как другие имеют более неправильную форму. Одни вращаются по часовой стрелке, другие — против.
В ближнем инфракрасном свете «Уэбб» проследил за рукавами галактик и показал миллионы мерцающих звезд. В среднем инфракрасном диапазоне также видны различные детали: яркая пыль позади, вокруг и между звездами, а также еще не сформировавшиеся звезды, заключенные в шары из газа и пыли.
Этот вклад JWST в инфракрасном диапазоне в многоволновой каталог очень важен, поскольку каждая из этих длин волн позволяет нам по-разному рассказать о красивых космических объектах, которые были сфотографированы, их характеристиках, а также об их формировании и эволюции.
3. Самые старые из когда-либо обнаруженных звездных скоплений
С помощью «Джеймса Уэбба» была также проанализирована Космическая дуга самоцветов, или Cosmic Gems Arc, — галактика в ранней Вселенной под названием SPT0615-JD1, которая выглядит как искаженная дуга с сильной светимостью из-за эффекта гравитационного линзирования. Эта галактика излучала свет, когда возраст Вселенной составлял около 460 миллионов лет, что дает уникальное представление о ранних стадиях звездообразования.
«Джеймс Уэбб» обнаружил пять гравитационно связанных звездных скоплений в дуге Космических самоцветов. Каждое из скоплений имеет размер около 3-4 световых лет, что в тысячу раз плотнее, чем типичные молодые скопления, наблюдаемые в локальной Вселенной. Это первое открытие звездных скоплений в такой молодой галактике в ранней Вселенной, и благодаря гравитации мы можем различить их по отдельности на снимке Уэбба, что практически невероятно.
Эти скопления дают большую часть ультрафиолетового света галактики-хозяина и могут помочь нам лучше понять формирование шаровых скоплений, которые мы наблюдаем сегодня. Открытие имеет большое значение, поскольку эти молодые звездные скопления могут быть предшественниками современных шаровых скоплений и играть ключевую роль в процессе реионизации Вселенной.
4. Крабовидная туманность
Крабовидная туманность — это остаток сверхновой звезды в нашей Галактике на расстоянии 6500 световых лет. Она возникла после сверхновой, наблюдавшейся в 1054 году нашей эры, и последние наблюдения «Уэбба» выявили ее детальную структуру, включая излучение пульсара в центре туманности — остатка умирающей звезды, которая ее породила.
Данные «Уэбба» дают новое представление о составе выброшенного материала, в частности железа и никеля, что может раскрыть тип взрыва, породившего этот небесный объект. В инфракрасном диапазоне телескопа видна четкая, похожая на клетку структура остатков сверхновой, с нитями красно-оранжевого газа, в которых прослеживается дважды ионизированная сера.
5. Детали туманности Конская голова
Туманность Конская голова — знаковая область в 1300 световых лет от нас в созвездии Ориона, известная своими волнами пыли и газа, освещаемыми близкой горячей звездой. Со временем ее наблюдали различные телескопы, в том числе «Евклид» и «Хаббл», но новые изображения «Уэбба» превосходят все предыдущие по четкости и детализации.
С помощью приборов MIRI и NIRCam «Уэбб» обнаружил сложные мелкомасштабные структуры в освещенном крае туманности и выявил сеть полосчатых структур, содержащих частицы пыли и ионизированный газ. Таким образом, мы получаем новое понимание физических и химических процессов, управляющих эволюцией межзвездной материи.
Полученные спектроскопические наблюдения позволят продолжить изучение эволюции физических и химических свойств туманности. Близость туманности Конская голова и ее структура делают ее идеальной целью для ученых, которые хотят изучить взаимодействие излучения и межзвездной материи.
Джеймс Уэбб: преодолевая рубеж за рубежом
За два года «Джеймс Уэбб» доказал, что является революционным инструментом, на который рассчитывало научное сообщество и который способен изменить наше представление о Вселенной. Его открытия, сделанные благодаря передовым технологиям, таким как 6,5-метровое первичное зеркало, самое большое из когда-либо запущенных в космос, и инновационным научным приборам, оказали глубокое влияние на наше понимание космоса. Они открыли и продолжают открывать путь для новых исследований и новых вопросов.
JWST идет и будет идти все дальше и дальше, преодолевая новые рубежи, чтобы распутать таинственный клубок космоса, играя ключевую роль в нашем исследовательском путешествии. Путешествие, которое, при поддержке будущих обсерваторий, будет все больше революционизировать наше понимание космоса и нашего места в нем.
