Переворот сознания. Что именно мы видим на первых снимках, сделанных революционным телескопом имени Джеймса Уэбба

На изображении можно увидеть часть области звездообразования NGC 3324, которая находится приблизительно в 7600 световых годах от нас в туманности Киля. Туманности — это такие себе звездные ясли, где формируются звезды. Туманность Киля является домом для многих массивных звезд, в несколько раз больше Солнца.

То, что на изображении выглядит как горы — это звездная пыль и ультрафиолетовое излучение, которые разгоняются звездным ветром. «Пики» этих «гор» на самом деле достигают приблизительно 7 световых лет. А «пар», который поднимается над «горами» — это горячий ионизированный газ и пыль, вылетающие из туманности из-за постоянного ультрафиолетового излучения звезд.

Благодаря своей чувствительности к инфракрасному свету Уэбб видит сквозь космическую пыль и может обнаруживать туманности и отдельные звезды, которые невозможно увидеть в видимом свете. На изображении можно увидеть сразу несколько релятивистских струй, которые испускают некоторые из молодых звезд. Самые молодые из них — это красные точки в темной пыльной области облака.

Обычные телескопы не могут находить подобные звезды, однако чувствительность инструментов Уэбба позволяют ему наблюдать за процессом звездообразования, что поможет ученым в будущем лучше понимать эволюцию звезд.

Также телескоп раскроет роль звездообразования на изменения туманностей. Одна звезда может «рождаться» 50−100 тыс. лет. Сейчас мы в целом понимаем, как на них влияют массивные звезды, однако исследователи до сих пор не совсем понимают, насколько сильным является влияние более многочисленных маломассивных звезд. Во время своего формирования они создают большое количество релятивистских струй, которые могут создавать разные импульсы внутри туманностей.

Прибор среднего инфракрасного диапазона помогает Уэббу также фиксировать зарождение планет вокруг этих звезд — на изображении это красные и розовые точки. В целом, этот инструмент позволяет ученым обнаруживать структуры, спрятанные в туманностях.

Квинтет Стефана — это первая группа галактик, обнаруженная человечеством. Ее открыл французский астроном Эдуард Жан-Мари Стефан в 1877 году.

Несмотря на то, что на изображении мы видим пять галактик, лишь четыре из них взаимодействуют между собой: они находятся приблизительно в в 290 млн световых годах от Земли. Пятая, NGC 7320 (самая левая на изображении), находится намного ближе к нам — «всего лишь» в 40 млн световых годах от нашей планеты. Благодаря этому Уэбб смог зафиксировать там сразу несколько самых массивных звезд и даже активное ядро галактики.

В целом квинтет Стефана находится совсем недалеко от Земли по космическим меркам — выше мы уже писали о галактиках, которые находятся в десяти и более миллиардах световых лет от нас. Подробное изучение таких галактик помогает ученым лучше понимать структуры, которые мы можем наблюдать в более ранней Вселенной.

Эта группа галактик интересна исследователям еще и тем, что они могут напрямую наблюдать за слиянием и взаимодействием сразу нескольких галактик. Квинтет Стефана — фантастическая «лаборатория» для изучения этих фундаментальных для всех галактик процессов, подчеркивают в NASA.

Это композитное фото — самое большое изображение Уэбба на сегодняшний день. Если его развернуть, оно покроет около 20% диаметра Луны. Изображение содержит более 150 миллионов пикселей и состоит из почти 1000 отдельных файлов изображений. Ученые считают, что, проанализировав эти данные, мы сможем лучше понять, как взаимодействия галактик влияли на эволюцию ранней Вселенной.

Яркие «рассеянные» точки на изображении — это активные черные дыры, поглощающие окружающий материал и выделяющие невероятное количество энергии. Например, масса сверхмассивной черной дыры в центре галактики NGC 7319 — самой верхней на изображении — превышает массу Солнца в 24 млн раз и излучает столько света, сколько излучали бы 40 млрд Солнц. Ученые планируют рассчитать скорость ее роста и проследить за тем, сколько именно материала она поглощает.

В качестве бонуса Уэбб обнаружил тысячи галактик, которые находятся позади квинтета Стефана. Возможно, их дальнейшее изучение также покажет нам скрытый потенциал этого изображения.

Это большое газовое облако, окружающее умирающую двойную звезду, которое находится в 2500 световых годах от Земли. На изображении мы видим «верхушку» туманности; если бы мы могли ее «перевернуть» на бок, то она выглядела бы как две чаши, прикрепленные друг ко другу на дне.

Более яркая звезда является более молодой — ученые предполагают, что вскоре она сбросит свою оболочку из ионизированного газа. Именно она и влияет на то, как туманность выглядит для наблюдателей вроде нас — ультрафиолетовое излучение более молодого белого карлика обуславливает свечение NGC 3132. По мере того, как звезды вращаются друг вокруг друга, они перемешивают пыль и газ, что и вызывает такие ассиметричные узоры, которые мы видим на изображении.

Каждая оболочка, которые можно различить на фото — это, грубо говоря, части более старой звезды, которая постепенно распадается, в виде газа и пыли. Чем дальше оболочка, тем раньше она была выброшена. Подробное исследование подобных звездных «выбросов» позволят исследователям понять, как развивалась и как умирает эта двойная система. В конце-концов, эти пыль и газ отправятся в межзвездную среду, где она может путешествовать миллионы лет, чтобы когда-нибудь стать частью новой звезды или планеты.

На изображении также можно увидеть тонкие лучи света, окружающие туманность. Это свет, исходящий от звезд, который проникает в «дыры в газе и пыли». Это можно сравнить с солнечным светом, который проходит сквозь дыры в облаке.

Задача Джеймса Уэбба — не только изучать звезды и галактики, чтобы создавать красивые изображения, но также исследование атмосфер экзопланет (планеты, которые вращаются вокруг любой другой звезды, кроме Солнца).

WASP-96b — это газовый гигант, обнаруженный в 2014 году. Она почти в два раза легче и при этом на 20% шире Юпитера — самой большой планеты Солнечной системы. Эта экзопланета расположена в девять раз ближе к своей звезде, чем Меруурий, а потому на один оборот у нее уходит всего 3,4 дня. Кроме того, это чрезвычайно горячая планета, разогретая до более чем тысячи градусов по Цельсию.

Большой размер, короткий орбитальный период и отсутствие света от близких к планете объектов сделали WASP-96b идеальной мишенью для наблюдений.

Сначала Уэбб с помощью инструмента формирования изображений в ближнем инфракрасном диапазоне и безщелевого спектрографа (NIRISS) 6,4 часа измерял свет, который исходит от экзопланеты. Все это время она проходила перед звездой, что вызывало уменьшение свечения звезды, которое фиксировал телескоп. Таким образом ученые подтвердили размер WASP-96b и ее орбиту. Параллельно они смогли изучить ее атмосферу, увидев там следы воды. Возможно, там даже существуют облака — раньше ученые не могли сделать таких выводов.

Исследователи могут узнать, какие газы существуют в атмосфере благодаря количеству поглощенного планетой света, когда она проходит перед звездой. Каждый газ поглощает волны света определенной длины — это что-то вроде их отпечатков пальцев.

Спектограф NIRISS улавливает необычно широкий диапазон длин волн, которые не может улавливать ни один другой телескоп — от 0,8 до 5 микрон. Так Уэбб становится идеальным детективом, который охотится на следы воды, а также кислорода, метана и углекислого газа. Эти газы так важны для нас, поскольку они могут свидетельствовать о наличии жизни на других планетах.

Синяя линия на таблице — это модель, которая соответствует данным, полученным ученым о свойствах WASP-96 b и ее атмосфере. То, что в атмосфере планеты есть только вода, свидетельствует о том, что на WASP-96 b скорее всего нет жизни. Правда, исследователи вряд ли надеялись ее там обнаружить, учитывая достаточно экстримальные условия экзопланеты.

Ученые планируют активно исследовать десятки абсолютно разных экзопланет уже в ближайший год — этому отведена почти четверть от всего времени, которое Уэбб будет работать во время своего Первого цикла. И уже там мы вполне можем найти гораздо более перспективные с точки зрения обитаемости планеты.

Это — самое точное инфракрасное изображение очень глубокого космоса в истории. В NASA отмечают, что фотография охватывает совсем небольшой участок неба — размером примерно с песчинку, которую человек на земле держит на расстоянии вытянутой руки.

Тем не менее, на фото можно увидеть тысячи разных галактик, в том числе те из них, которые мы до сих пор увидеть не могли. Самые яркие «снежинки» — это звезды, и они, хоть и самые заметные, представляют наименьший научный интерес для исследователей.

Главное сокровище, которое тут скрыто — это галактики, рассыпанные по всему изображению. Какие-то из них ближе к нам, какие-то дальше — свет от многих из них шел к нам на протяжении миллиардов лет. Масса всех галактик этого кластера настолько велика, что объект работает как гравитационная линза, искажая свет от находящихся за ним космических тел. Телескоп может фокусироваться на этих далеких телах и галактиках, позволяя изучать их структуру.

Главное сокровище, которое тут скрыто — это древняя галактика, возраст которой ученые оценивают в 13,1 млрд лет. Более того, они предполагают, что дальнейшее изучение изображения покажет им свет, исходящий от еще более старых галактик.

Также Уэбб стал первым телескопом, с помощью которого ученые могут изучать химический состав галактик периода очень молодой Вселенной. До сих пор ученые могли наблюдать спектры галактик, которые расположеные гораздо ближе к нам; сейчас исследователи понимают свойства многих из них, однако далекие галактики до сих пор оставались нерешенной загадкой. Данных Уэбба будет достаточно, чтобы измерять расстояние до каждой галактики, ее температуру, плотность и химический состав. Новый космический телескоп поможет нам понять, как менялись галактики за миллиарды лет после появления Вселенной.

Это стало возможным благодаря расположению телескопа во второй точке Лагранжа — месте на расстоянии 1,5 млн км от Земли, где его удерживает гравитация нашей планеты и Солнца. Для сравнения — предшественник Уэбба, телескоп Хаббл, «висит» в приблизительно 325 километрах от Земли, из-за чего атмосфера нашей планеты частично отфильтровывает часть инфракрасного света, по которому ученые могут определять химический состав галактик.