25 декабря 2021 года, с европейского космодрома в Куру (Французская Гвиана) на борту ракеты-носителя ЕКА Ariane V стартовал космический телескоп имени Джеймса Уэбба, который начал свое путешествие к точке Лагранжа L2 в системе Земля — Солнце. Благодаря своему 6,5-метровому золотому зеркалу и тепловому экрану размером с теннисный корт, «Уэбб» обещал пересмотреть наше представление о Вселенной.
Три года спустя стало ясно, что это обещание не только выполнено, но и превзойдено. От Солнечной системы до самых далеких галактик «Уэбб» обнаружил детали, которые удивили ученых и поставили под сомнение многие существующие теории. Он сфотографировал планеты, идентифицировал галактики, образовавшиеся всего через 300 миллионов лет после Большого взрыва, и проанализировал атмосферы экзопланет в поисках признаков жизни.
В этом подробном обзоре мы собрали основные открытия, сделанные « Уэббом» за первые три года его работы, проследив путь от наших космических окрестностей до самых отдаленных уголков Вселенной.
О Солнечной системе
Наблюдения за Юпитером и его спутниками
«Джеймс Уэбб» детально изучил галилеевы спутники и атмосферу Юпитера, используя свои передовые инфракрасные возможности. Например, он обнаружил новое высокоскоростное течение в атмосфере Юпитера, предоставив важнейшие данные о сложной атмосферной динамике планеты. Он также предоставил новую информацию о Большом красном пятне, знаковом атмосферном явлении, позволив изучить его состав и изменения с течением времени. Затем «Уэбб» проанализировал ледяные спутники, такие как Европа и Ганимед, выявив наличие следов воды и подробности о возможной обитаемости этих спутников.
Ниже — первая фотография Юпитера, его колец и некоторых спутников, сделанная «Уэббом» в инфракрасном диапазоне, опубликованная 22 августа 2022 года.
Кольца Нептуна
С беспрецедентной точностью аппарат «Джеймс Уэбб» провел наблюдения колец Нептуна, сделав видимыми детали, не обнаруженные со времен «Вояджера-2». Инфракрасные изображения раскрыли состав и структуру колец, выявив частицы льда и пыли, отражающие свет от Солнца. Эти наблюдения позволили изучить происхождение и эволюцию все еще малоизвестной планетарной системы, улучшив понимание жизненного цикла планетарных колец.
Анализ комет и астероидов
Космический аппарат «Джеймс Уэбб» подробно изучил несколько малых тел в Солнечной системе, предоставив фундаментальную информацию об их составе и истории. Он подтвердил наличие воды на одной из комет Главного пояса, показав, что эти объекты, расположенные между Марсом и Юпитером, также могут содержать запасы льда, что крайне важно для понимания происхождения воды на Земле. Кроме того, он наблюдал новые газовые струи, порожденные кентавром 29P/Швассмана-Вахмана — ледяным объектом с необычной активностью, что говорит о протекающих процессах, схожих с теми, что происходят в активных кометах. Кроме того, «Уэбб» получил сведения о планетезималях в ранней Солнечной системе, показав, как их состав может меняться в зависимости от расстояния до Солнца, что позволяет по-новому взглянуть на формирование и распределение материалов на ранних этапах истории Солнечной системы.
Художественное представление распределения транс-нептунианских объектов в планетарном диске с наложенными репрезентативными спектрами каждой композиционной группы, подчеркивающими доминирующие молекулы на их поверхности.
О Млечном Пути
Сердце Галактики
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» сфотографировал сердце Млечного Пути в беспрецедентных подробностях, сосредоточив внимание на области Стрельца С, расположенной примерно в 300 световых годах от Стрельца А*, сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики. В этой области, характеризующейся интенсивным звездообразованием, находится более 500 000 звезд, включая скопление формирующихся протозвезд. Инфракрасные изображения позволили нам проникнуть сквозь плотные пылевые облака, обнаружив ранее скрытые структуры и явления, а также предложив новое понимание рождения и эволюции звезд в галактическом ядре.
Участок плотного центра Млечного Пути длиной 50 световых лет в районе Стрельца C, сфотографированный камерой NIRCam Джеймса Уэбба в инфракрасном диапазоне.
Звездообразование на галактической периферии
С помощью приборов NIRCam и MIRI телескоп JWST наблюдал за периферией Млечного Пути, в регионе под названием Крайняя внешняя галактика, расположенном на расстоянии более 58 000 световых лет от галактического центра. В частности, были изучены молекулярные облака Digel Cloud 1 и Digel Cloud 2, получены детальные изображения звездных скоплений, характеризующихся интенсивными процессами звездообразования. Эти бедные тяжелыми элементами области имеют состав, схожий с составом первобытных галактик, что дает уникальную возможность понять процессы звездообразования в среде с низкой металличностью.
Подтверждение существования первой экзопланеты: LHS 475 b
Космический аппарат «Джеймс Уэбб» подтвердил наличие первой экзопланеты — LHS 475 b, каменистой планеты размером с Землю. Это открытие стало возможным благодаря спектрографу ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec, который обнаружил планету, наблюдая два транзита перед ее родительской звездой. LHS 475 b вращается вокруг красного карлика на очень близком расстоянии, завершая орбиту всего за два земных дня.
Обнаружение метана и углекислого газа на K2-18 b
JWST обнаружил метан и углекислый газ в атмосфере экзопланеты K2-18 b, субнептуна, расположенного в обитаемой зоне своей звезды. Это открытие говорит о возможном наличии океана под богатой водородом атмосферой, характерной для так называемых планет-гигантов. Спектроскопический анализ исключил присутствие аммиака, что укрепило гипотезу о потенциально благоприятной для жизни среде. Однако обнаружение метана и углекислого газа не свидетельствует о биологической активности как таковой, но дает важную информацию о химическом составе и атмосферных условиях K2-18 b.
График спектров K2-18 b, полученных с помощью приборов NIRISS и NIRSpec. Обнаруженные значения показаны точками с короткими вертикальными линиями через них, а наиболее подходящая модель показана синей прерывистой линией. По диаграмме разбросаны фиолетовые, зеленые и красные вертикальные столбцы разной толщины, указывающие, где обнаруженный спектр свидетельствует о присутствии метана, углекислого газа и диметилсульфида, соответственно.
Открытие сероводорода на WASP-18 b
Космический аппарат «Джеймс Уэбб» впервые обнаружил сероводород (H₂S) в атмосфере экзопланеты WASP-18 b, горячей ювианской планеты, расположенной на расстоянии около 400 световых лет от Земли. Помимо сероводорода, были обнаружены вода, углекислый газ и угарный газ. Присутствие H₂S, которое уже наблюдалось на Юпитере, было гипотезой для экзопланет газовых гигантов, но до сих пор не подтвердилось. Это открытие открывает новые возможности для понимания химии атмосферы и процессов формирования таких планет, расширяя наши знания о планетарных атмосферах за пределами Солнечной системы.
О галактиках и Вселенной
Самые далекие галактики из когда-либо наблюдавшихся
JWST обнаружил пять галактик-кандидатов с красным смещением между 16 и 18, что соответствует эпохе между 150 и 300 миллионами лет после Большого взрыва. Эти галактики, если они подтвердятся, станут самыми удаленными объектами из когда-либо наблюдавшихся.
Первобытная галактика в процессе формирования
JWST обнаружил и проанализировал галактику, прозванную «Светлячок», которая возникла примерно через 600 миллионов лет после Большого взрыва. Эта галактика с массой, аналогичной массе молодого Млечного Пути, имеет десять ярких звездных скоплений. Наблюдение дает детальное представление о ранних стадиях формирования галактик, что способствует пониманию процессов образования и эволюции галактик в ранней Вселенной.
Самая старая галактика в состоянии покоя из когда-либо наблюдавшихся
С помощью JWST была обнаружена галактика JADES-GS-z7-01-QU, которая прекратила звездообразование примерно через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Имея массу, сравнимую с массой Малого Магелланова Облака, эта галактика является самой старой из известных галактик, находящихся в состоянии покоя. Это открытие дает важные подсказки о процессах, приводящих к прекращению звездообразования в ранних галактиках, и обогащает наше понимание галактической эволюции на ранних этапах существования Вселенной.
Посмотрите на галактику по прозвищу Светлячок, обнаруженную аппаратом «Джеймс Уэбб» в ранней Вселенной: благодаря эффекту гравитационного линзирования в ней видны 10 отдельных звездных скоплений.
Спящая сверхмассивная черная дыра в ранней Вселенной
Космический аппарат «Джеймс Уэбб» обнаружил внутри галактики GN-1001830 спящую сверхмассивную черную дыру с массой в 400 миллионов раз больше массы Солнца, возникшую примерно через 570 миллионов лет после Большого взрыва. Масса этой черной дыры составляет около 40 процентов от общей массы галактики-хозяина, что значительно больше, чем у черных дыр в локальной Вселенной, которые обычно составляют около 0,1 процента от массы своей галактики. Это открытие ставит под сомнение существующие теоретические модели формирования и роста черных дыр на ранних стадиях развития Вселенной.
Сверхновая H0pe и деформация Хаббла
Джеймс Уэбб наблюдал сверхновую H0pe, сверхновую типа Ia, расположенную на расстоянии около 3,5 миллиарда световых лет от Земли, которая первоначально была обнаружена как три яркие точки на изображении скопления PLCK G165.7+67.0. Это наблюдение предлагает новый подход к измерению постоянной Хаббла, способствуя лучшему пониманию так называемой «хаббловской напряженности», то есть расхождения между различными измерениями скорости расширения Вселенной. Несмотря на новые данные, противоречие сохраняется, что говорит о возможной необходимости пересмотра существующих космологических моделей или о существовании новой физики за пределами Стандартной модели.
На снимке NIRCam, полученном на космическом аппарате «Джеймс Уэбб», видно скопление галактик PLCK G165.7+67.0, также известное как G165. Слева — эффект увеличения, который скопление на переднем плане может оказывать на далекую Вселенную с помощью явления гравитационного линзирования. Справа в увеличенной области видна сверхновая H0pe, увеличенная втрое благодаря эффекту линзирования.
И это только начало…
Всего за три года космический телескоп Джеймса Уэбба глубоко изменил наши представления о Вселенной, решив сложные технические задачи и превзойдя первоначальные ожидания. От Солнечной системы до экзопланет, от первобытных галактик до сверхмассивных черных дыр — каждое наблюдение добавляет фундаментальные фрагменты в мозаику космических знаний. Возможности инфракрасных наблюдений позволили аппарату проникнуть в ранее не исследованные области пространства и времени, открыв новые пути для изучения эволюции галактик, обитаемости планет и фундаментальной физики.
Однако это только начало. В ближайшие несколько лет «Уэбб» будет участвовать в еще более амбициозных программах наблюдений, включая детальное изучение перспективных экзопланетных систем, картирование первых галактик во Вселенной и поиск химических признаков жизни. Параллельно с этим сотрудничество с другими обсерваториями, такими как Чрезвычайно большой телескоп и будущий телескоп Нэнси Грейс Роман, обещает дополнить открытия «Уэбба» дополнительными данными, еще больше расширяя наши научные горизонты.
Благодаря предполагаемому сроку эксплуатации, который составит не менее 20 лет, «Джеймс Уэбб» будет оставаться эталоном современной астрономии и космологии. Его наблюдения не только дадут ответы на ключевые вопросы о нашем происхождении и месте во Вселенной, но и, как любая великая научная миссия, поставят новые вопросы, стимулируя исследования и инновации для последующих поколений.
Читайте все последние новости астрономии на New-Science.ru
