Переворот свідомості. Що саме ми бачимо на перших знімках, зроблених революційним телескопом імені Джеймса Вебба

На зображенні можна побачити частину області зіркоутворення NGC 3324, яка знаходиться приблизно за 7600 світлових років від нас у туманності Кіля. Туманності — це такі собі зіркові ясла, де формуються зірки. Туманність Кіля є домівкою для багатьох масивних зірок, у кілька разів більших за Сонце.

Те, що на зображенні виглядає як гори — це зоряний пил та ультрафіолетове випромінювання, які розганяються зоряним вітром. «Піки» цих «гір» насправді сягають приблизно 7 світлових років. А «пар», який здіймається над «горами» — це гарячий іонізований газ і пил, що вилітають з туманності через постійне ультрафіолетове випромінювання зірок.

Завдяки своїй чутливості до інфрачервоного світла Вебб бачить крізь космічний пил і може виявляти туманності та окремі зірки, які неможливо побачити у видимому світлі. На зображенні можна побачити відразу кілька релятивістських струменів, які випускають деякі з молодих зірок. Наймолодші з них — це червоні цятки в темній пиловій області хмари.

Звичайні телескопи не можуть знаходити подібні зірки, проте чутливість інструментів Вебба дозволяє йому спостерігати за процесом зіркоутворення, що допоможе вченим краще розуміти еволюцію зірок.

Також телескоп розкриє роль зіркоутворення зміни туманностей. Одна зірка може «народжуватися» 50−100 тис. років. Зараз ми загалом розуміємо, як на них впливають масивні зірки, проте дослідники досі не зовсім розуміють, наскільки потужним є вплив численних маломасивних зірок. Під час формування вони створюють велику кількість релятивістських струменів, які можуть створювати різні імпульси всередині туманностей.

Прилад середнього інфрачервоного діапазону допомагає Веббу також фіксувати зародження планет навколо цих зірок — на зображенні червоні і рожеві цятки. Загалом цей інструмент дозволяє вченим виявляти структури, приховані в туманностях.

Квінтет Стефана — це перша група галактик, виявлена людством. Її відкрив французький астроном Едуард Жан-Марі Стефан у 1877 році.

Незважаючи на те що на зображенні ми бачимо п’ять галактик, лише чотири з них взаємодіють між собою: вони знаходяться приблизно за 290 млн світлових років від Землі. П’ята, NGC 7320 (ліворуч на зображенні), знаходиться набагато ближче до нас — «лише» за 40 млн світлових років від нашої планети. Завдяки цьому Вебб зміг зафіксувати там одразу кілька найпотужніших зірок і навіть активне ядро галактики.

Загалом квінтет Стефана знаходиться зовсім недалеко від Землі за космічними мірками — вище ми вже писали про галактики, які знаходяться за десять і більше мільярдів світлових років від нас. Докладне вивчення таких галактик допомагає вченим краще розуміти структури, які ми можемо спостерігати в ранньому Всесвіті.

Ця група галактик цікава дослідникам ще й тим, що вони можуть безпосередньо спостерігати за злиттям та взаємодією відразу кількох галактик. Квінтет Стефана — фантастична «лабораторія» для вивчення цих фундаментальних для всіх галактик процесів, наголошують у NASA.

Це композитне фото — найбільше зображення Вебба на сьогодні. Якщо його розгорнути, воно покриє близько 20% від діаметра Місяця. Зображення містить понад 150 мільйонів пікселів і складається майже з 1000 окремих файлів зображень. Вчені вважають, що, проаналізувавши ці дані, ми зможемо краще зрозуміти, як взаємодії галактик впливали на еволюцію раннього Всесвіту.

Яскраві «розсіяні» цятки на зображенні — це активні чорні діри, що поглинають навколишній матеріал і виділяють неймовірну кількість енергії. Наприклад, маса надмасивної чорної діри в центрі галактики NGC 7319 — найвищої на зображенні — перевищує масу Сонця в 24 млн разів і випромінює стільки світла, скільки випромінювали б 40 млрд Сонців. Вчені планують розрахувати швидкість її зростання та простежити за тим, скільки саме матеріалу вона поглинає.

Як бонус Вебб виявив тисячі галактик, які знаходяться позаду квінтету Стефана. Можливо, їхнє подальше вивчення також покаже нам прихований потенціал цього зображення.

Це велика газова хмара, що оточує вмираючу подвійну зірку, яка знаходиться за 2500 світлових років від Землі. На зображенні ми бачимо «верхівку» туманності; якби ми могли її «перевернути» на бік, вона виглядала б як дві чаші, прикріплені одна до одної на дні.

Яскравіша зірка є молодшою — вчені припускають, що незабаром вона скине свою оболонку з іонізованого газу. Саме вона і впливає на те, як туманність виглядає для спостерігачів на кшталт нас — ультрафіолетове випромінювання молодшого білого карлика обумовлює світіння NGC 3132. У міру того як зірки обертаються одна навколо одної, вони перемішують пил і газ, що й викликає такі асиметричні візерунки, які ми бачимо на зображенні.

Кожна оболонка, яку можна розрізнити на фото — це, грубо кажучи, частини старішої зірки, яка поступово розпадається, у вигляді газу та пилу. Що далі оболонка, то раніше вона була викинута. Докладне дослідження подібних зіркових «викидів» дозволять дослідникам зрозуміти, як розвивалася і як помирає ця подвійна система. Зрештою, ці пил і газ вирушать у міжзоряне середовище, де воно може подорожувати мільйони років, щоб колись стати частиною нової зірки чи планети.

На зображенні також можна побачити тонкі промені світла, що оточують туманність. Це світло, що виходить від зірок, яке проникає в «дірки в газі та пилу». Це можна порівняти із сонячним світлом, яке проходить крізь дірки у хмарі.

Завдання Джеймса Вебба — не лише вивчати зірки та галактики, щоб створювати гарні зображення, а й дослідження атмосфер екзопланет (планеты, які обертаються навколо будь-якої іншої зірки, крім Сонця).

WASP-96b — це газовий гігант, виявлений у 2014 році. Вона майже вдвічі легша і при цьому на 20% ширша за Юпітер — найбільшу планету Сонячної системи. Ця екзопланета розташована в дев’ять разів ближче до своєї зірки, ніж Меркурій, а тому один оберт у неї триває всього 3,4 дня. Крім того, це надзвичайно гаряча планета, розігріта до понад тисячі градусів за Цельсієм.

Великий розмір, короткий орбітальний період та відсутність світла від близьких до планети об'єктів зробили WASP-96b ідеальною мішенню для спостережень.

Спочатку Вебб за допомогою інструмента формування зображень у ближньому інфрачервоному діапазоні та безщілинного спектрографа (NIRISS) 6,4 години вимірювало світло, яке виходить від екзопланети. Весь цей час вона проходила перед зіркою, що викликало зменшення світіння зірки, яке фіксував телескоп. Таким чином, вчені підтвердили розмір WASP-96b та її орбіту. Водночас вони змогли вивчити її атмосферу, побачивши там слід води. Можливо, там навіть є хмари — раніше вчені не могли зробити таких висновків.

Дослідники можуть дізнатися, які гази існують в атмосфері завдяки кількості світла, поглиненого планетою, коли вона проходить перед зіркою. Кожен газ поглинає хвилі світла певної довжини — це щось на кшталт їхніх відбитків пальців.

Спектограф NIRISS вловлює надзвичайно широкий діапазон довжин хвиль, які не може вловлювати жоден інший телескоп — від 0,8 до 5 мікрон. Таким чином Вебб стає ідеальним детективом, який полює на сліди води, а також кисню, метану та вуглекислого газу. Ці гази є такими важливими для нас, оскільки вони можуть свідчити про наявність життя на інших планетах.

Синя лінія на таблиці — це модель, яка відповідає даним, отриманим вченими про властивості WASP-96 b та її атмосферу. Те, що в атмосфері планети є лише вода, свідчить про те, що на WASP-96, швидше за все, немає життя. Щоправда, дослідники навряд чи сподівалися його там виявити, з огляду на досить екстремальні умови екзопланети.

Вчені планують активно досліджувати десятки абсолютно різних екзопланет вже найближчого року — цьому відведено майже чверть від усього часу, який Вебб працюватиме під час свого Першого циклу. І вже там ми цілком можемо знайти набагато перспективніші щодо проживання планети.

Це найточніше інфрачервоне зображення дуже глибокого космосу в історії. У NASA зазначають, що фотографія охоплює зовсім невеличку ділянку неба — розміром приблизно з піщинку, яку людина на Землі тримає на відстані витягнутої руки.

Тим не менш, на фото можна побачити тисячі різних галактик, у тому числі ті з них, які ми досі не могли побачити. Найяскравіші «сніжинки» — це зірки, і вони, хоч і найпомітніші, але викликають найменший науковий інтерес для дослідників.

Головний скарб, який тут прихований — це галактики, розсипані по всьому зображенню. Деякі з них ближче до нас, якісь із них далі — світло від багатьох із них прямувало до нас упродовж мільярдів років. Маса всіх галактик цього кластера настільки велика, що об'єкт працює як гравітаційна лінза, спотворюючи світло від космічних тіл, розташованих за ним. Телескоп може фокусуватися на цих далеких тілах та галактиках, дозволяючи вивчати їхню структуру.

Головний скарб, який тут прихований, — це давня галактика, вік якої вчені оцінюють у 13,1 млрд років. Ба більше, вони передбачають, що подальше вивчення зображення покаже їм світло, яке походить від ще давніших галактик.

Також Вебб став першим телескопом, за допомогою якого вчені можуть вивчати хімічний склад галактик періоду дуже молодого Всесвіту. Дотепер вчені могли спостерігати спектри галактик, які розташовані набагато ближче до нас. Сьогодні дослідники розуміють властивості багатьох із них, проте далекі галактики досі залишалися невирішеною загадкою. Даних Вебба буде достатньо, щоб вимірювати відстань до кожної галактики, її температуру, щільність та хімічний склад. Новий космічний телескоп допоможе нам зрозуміти, як змінювалися галактики за мільярди років після появи Всесвіту.

Це стало можливим завдяки розташуванню телескопа в другій точці Лагранжа — місці на відстані 1,5 млн км від Землі, де його утримує гравітація нашої планети та Сонця. Для порівняння — попередник Вебба, телескоп Хаббл, «висить» приблизно за 325 кілометрів від Землі, через що атмосфера нашої планети частково відфільтровує частину інфрачервоного світла, за допомогою якого вчені можуть визначати хімічний склад галактик.