Космический телескоп «Хаббл» (Hubble) прислал снимок величественного космического левиафана — гигантского скопления галактик 2MASX J05101744-4519179. Этот далёкий космический объект поражает своей яркостью в рентгеновском спектре и может стать ключом к пониманию взаимодействия тёмной и обычной материи во Вселенной.

Источник изображений: H. Ebeling / ESA, Hubble, NASA

В центре изображения, сделанного телескопом, расположено галактическое скопление 2MASX J05101744-4519179, которое находится в созвездии Живописца (Pictor constellation), на расстоянии около 2,6 млрд световых лет от Земли. Изучение таких объектов позволяет глубже понять эволюцию и взаимодействие тёмной материи и обычной (барионной) материи в галактических скоплениях. Тёмная материя — это невидимая часть Вселенной, которая не излучает свет, но оказывает гравитационное воздействие на видимые объекты. Обычная материя — это всё, что мы можем наблюдать: звёзды, планеты, галактики.

Подобные галактические скопления действуют как мощные гравитационные «телескопы», усиливающие изображение далёких объектов благодаря гравитационному линзированию. Знание местоположения таких «линз» важно для будущих наблюдений не только с помощью телескопа «Хаббл», но и телескопа «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope).

Для создания этого изображения были использованы два инструмента телескопа «Хаббл»: Wide Field Camera 3 (WFC3) и Advanced Camera for Surveys (ACS). Оба они являются инструментами третьего поколения, предоставляя высокое качество изображения. Они позволяют получать изображения больших участков ночного неба, но работают в немного разных диапазонах электромагнитного спектра. WFC3 охватывает спектр от ультрафиолетового до видимого света и ближнего инфракрасного, в то время как ACS оптимизирован для наблюдений в видимом свете.

Открытие галактического скопления 2MASX J05101744-4519179 — это не просто очередное космическое открытие. Это шаг вперёд в понимании структуры Вселенной, взаимодействия её объектов и роли гравитации в формировании космического ландшафта. Такие исследования подтверждают важность продолжения космических миссий и развития технологий наблюдения за далёким космосом.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) озадачил общественность, прислав две недели назад снимок объекта Хербига — Аро 46/47. Это были туманности в области формирования двух молодых звёзд. Снимок, как обычно, невероятно прекрасен, но внимание на нём привлёк не объект наблюдения, а нечто иное, также попавшее в объектив телескопа — другой объект, напоминающий по форме вопросительный знак.

Источник изображений: webbtelescope.org

Учёные склонны считать, что этим объектом может оказаться пара галактик, находящихся в процессе слияния, и на вопросительный знак они похожи только с точки зрения «Джеймса Уэбба». Работники Научного института космического телескопа склонны считать, что одна из галактик могла изменить форму в процессе взаимодействия с другой. Возможно, этот объект попал на снимок впервые, и понадобится произвести дополнительное наблюдение, чтобы с какой-то уверенностью делать утверждения о его природе.

Доцент Иллинойсского университета Мэтт Каплан (Matt Caplan) склонен винить в таком эффекте силы приливного разрушения — по его мнению, они могли исказить форму галактики в верхней части «вопросительного знака». Эту версию косвенно подтверждает цвет некоторых других галактик в этой области, а подобная раздвоенная форма типична для слияний.

Снимок опубликован 26 июля. Главным объектом на нём является пара молодых звёзд в облаке пыли и газа — вещество выбрасывается и поглощается ими в процессе формирования. Сам газопылевой диск невидим, но его тень можно разглядеть в двух конусообразных областях рядом со звёздами. Формироваться эти звёзды будут ещё несколько миллионов лет.

Телескоп «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope) предоставил удивительный новый взгляд на гравитационное искривление галактик в скоплении «Эль-Гордо» (El Gordo). Этот новаторский телескоп, работающий в инфракрасном диапазоне, обнаружил гравитационные искажения, красную гигантскую звезду и множество других космических объектов, которые ранее были недоступны для наблюдения.

Источник изображений: NASA, ESA, CSA

На расстоянии около 9,7 млрд световых лет от Земли расположено очень крупное скопление галактик с массой, эквивалентной примерно 3 млн миллиардов Солнц. Это космическое скопление прозвали El Gordo, что в переводе с испанского означает «Толстяк».

Один из объектов этого скопления известен как «El Anzuelo», или «Рыболовный крючок». Эта галактика, расположенная на расстоянии 10,6 млрд световых лет от нас, хорошо видна в правой верхней части снимка в виде ярко-красной дуги. Чтобы представить себе, насколько поразительна эта новая фотография, можно сказать, что вы видите галактику «Рыболовный крючок» такой, какой она была 10,6 млрд лет назад. Именно столько времени потребовалось, чтобы свет с этого момента жизни галактики достиг телескопа.

На снимке камеры NIRCam наиболее заметными являются две галактики: «Тонкая» (A), расположенная чуть ниже и левее центра изображения, и «Рыболовный крючок» (B) — красное пятно в правом верхнем углу. Обе галактики являются линзированными фоновыми галактиками.

«Мы смогли тщательно изучить пылевую пелену, окутывающую центр галактики, где активно формируются звезды. С помощью телескопа „Джеймс Уэбб“ мы можем с лёгкостью проникнуть сквозь эту плотную завесу пыли, что позволит нам воочию увидеть процесс сборки галактик изнутри», — сказал Патрик Каминески (Patrick Kamieneski) из Университета штата Аризона (ASU), ведущий автор одной из нескольких работ, посвящённых этим наблюдениям.

Но помимо того, что телескоп «Джеймс Уэбб» способен проникать сквозь пылевую завесу благодаря своим камерам ближнего и среднего инфракрасного диапазона (NIRCam и MIRI), новый объектив телескопа, наведённый на «Толстяка», имеет огромное значение, позволяя чётко зафиксировать явление, называемое гравитационным линзированием.

Гравитационное линзирование — это понятие, связанное с общей теорией относительности Альберта Эйнштейна (Albert Einstein). В соответствии с этой теорией пространство и время представляются сплетёнными вместе, как осязаемая ткань, которая может деформироваться и пульсировать в зависимости от того, какие массы в ней присутствуют. Чёрные дыры сильно деформируют эту ткань, звезды влияют на неё тоже довольно сильно, Земля деформирует её в некоторой степени, и даже мы с вами деформируем её в невероятно крошечной, неразличимой степени.

На снимке камеры NIRCam видны сотни галактик, некоторые из них никогда ранее не наблюдались с такой степенью детализации. Скопление «Толстяк» действует как гравитационная линза, искажая и увеличивая свет от далёких фоновых галактик.

Однако для данного снимка телескопа «Джеймс Уэбб» важно то, что общая теория относительности также предсказывает, что эти искривления ткани пространства-времени влияют на то, как свет перемещается по Вселенной. Рискуя упростить, можно сказать, что эти искривления заставляют свет изгибаться и закручиваться при движении через пространство — но это хорошо для астрономов.

Если учёные смогут сфокусировать свои обсерватории (например, телескоп «Джеймс Уэбб») на суперискривлённых областях (например, на большом скоплении галактик), они смогут поймать часть этого искривлённого света. И в зависимости от того, откуда исходит свет, эти искривления могут создавать своего рода эффект увеличения источника. Этот эффект называется гравитационным линзированием. «Этот эффект линзирования открывает уникальное окно в далёкую Вселенную», — заявила Бренда Фрай (Brenda Frye) из ASU, соруководитель направления PEARLS-Clusters и ведущий автор другой статьи.

Возвращаясь к изображению галактики «Рыболовный крючок», можно сказать, что основная причина, по которой астрономы вообще могут её видеть, несмотря на то, что она находится так далеко, заключается не в чём ином, как в гравитационном линзировании. Благодаря этой эффектной концепции учёные поняли, что далёкая галактика имеет форму диска диаметром около 26 000 световых лет (четвёртая часть размера Млечного Пути).

Галактика «Рыболовный крючок» — снимок камеры NIRCam

Кроме того, красноватый оттенок, который вы видите у этой галактики, связан с другим явлением космического света. В принципе, по мере удаления объектов от нашей точки обзора на Земле — в связи с расширением Вселенной — излучаемые ими световые волны растягиваются, как неразрывные резиновые ленты. При этом волны кажутся всё краснее и краснее из-за явления, известного как красное смещение. Поскольку эта галактика выглядит очень красной, она находится очень далеко.

Уйдя от крупных галактик, на портрете «Толстяка», полученном телескопом «Джеймс Уэбб», также удалось разглядеть одиночную красную гигантскую звезду. Учёные дали ей прозвище Quyllur, что в переводе с языка кечуа, на котором говорят коренные жители перуанского нагорья, означает просто «Звезда».

Удивительно то, что это первая отдельная красная звезда-гигант, наблюдаемая телескопом на расстоянии более 1 млрд световых лет от Земли. На самом деле «Звезда» находится на расстоянии около 11 млрд световых лет от нас, вблизи галактики, известной как La Flaca, или «Тонкая». Галактика «Тонкая» видна как линия, похожая на карандаш, в центре изображения.

Галактика «Тонкая» — снимок камеры NIRCam

«Увидеть линзованные красные гигантские звезды практически невозможно, если только не выходить в инфракрасный диапазон. Это первая звезда, которую мы обнаружили с помощью телескопа „Джеймс Уэбб“, но мы ожидаем, что в будущем их будет гораздо больше», — сказал Хосе Диего (Jose Diego) из Института физики Кантабрии (IFCA) в Испании, ведущий автор другой работы, посвящённой скоплению «Толстяк».

Фрай и её коллеги также отмечают пять линзированных галактик, которые, по-видимому, являются частью детского скопления, находящегося на расстоянии около 12,1 млрд световых лет от Земли — возможно, в нём насчитывается в общей сложности 17 галактик. Кроме того, на расстоянии около 7,2 млрд световых лет от Земли находятся ультрадиффузные галактики, которые похожи на обычные галактики, но звезды в них расположены гораздо более равномерно.

«Мы изучили, отличаются ли свойства этих галактик от свойств ультрадиффузных галактик, которые мы наблюдаем в локальной Вселенной, и действительно увидели некоторые отличия. В частности, они голубее, моложе, более протяжённые и более равномерно распределены по скоплению. Это говорит о том, что жизнь в условиях скопления в течение последних 6 млрд лет оказала существенное влияние на эти галактики», — рассказал Тимоти Карлетон (Timothy Carleton) из ASU, ведущий автор другой работы, посвящённой этим наблюдениям.

Открытия, сделанные с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», открывают новые горизонты в понимании Вселенной. Гравитационное линзирование, предсказанное Эйнштейном, теперь наблюдается в действии, и это может подтвердить иные не менее важные догадки великого учёного. Открытие отдельной красной звезды-гиганта также является важным шагом в изучении далёких галактик. Эти открытия подчёркивают важность продолжения исследований и инноваций в области космической науки, и они могут пролить свет на то, как формируются и развиваются галактики.

Почти сто лет для классификации галактик астрономы пользуются так называемой последовательностью Хаббла. Она не идеальна, но в целом отражает представления земной науки об основных формах галактических структур. Однако эта диаграмма не показывает главного — эволюционной связи между теми или иными формами галактик. Восполнить этот пробел поможет наблюдение австралийского учёного, который сообщил, что открыл основные фазы эволюционного развития галактик.

Пример слияния двух галактик. Источник изображения: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA

Согласно диаграмме Хаббла, галактики делятся на три большие категории: без спиралевидных рукавов, со спиралями и с перемычками. Отдельно можно выделить линзовидные галактики S0 с явной сферической центральной частью и диском из звёзд и вещества. Можно предположить, что эволюция и гравитация движут сферические галактики к линзовидным и, затем, к спиральным с перемычкой или без неё. Профессор Алистер Грэм (Alister Graham) из Swinburne Astronomy Online показал, что последовательность перехода из одной формы в другую может быть совершенно иной, о чём он подготовил статью для журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Последовательность Хаббла. Источник изображения: Википедия

В своём исследовании профессор Грэм проанализировал оптические изображения 100 близлежащих галактик, полученные с помощью космического телескопа «Хаббл», и инфракрасные изображения этих же галактик, полученные с помощью космического телескопа «Спитцер». Сравнивая их звёздную массу и массу центральной чёрной дыры, он обнаружил два типа линзовидных галактик — бедные пылью старые галактики и богатые пылью галактики — и у каждых из них свой эволюционный путь.

На основе сделанных наблюдений и, в частности, изучения сливающихся галактик (отдельный привет галактике Андромеда, которая находится на встречном курсе с Млечным Путём), учёный сделал вывод, что слияние двух спиральных галактик порождает богатые пылью линзовидные галактики. Это в некотором роде обратный отсчёт на последовательности Хаббла. Образованные таким способом богатые пылью линзовидные галактики имеют более крупные центральные области (сфероиды) и более крупные чёрные дыры в центре, чем спиральные галактики, из слияния которых они произошли.

Бедные пылью линзовидные галактики развиваются по-другому. Они медленно накапливают газ и вещество из окружающего пространства, и это может гравитационно возмущать их диск, вызывая образование спиральных рукавов и, подпитывая звёздообразование, в конечном итоге изменяет их структуру и форму (на изображении ниже это показано при переходе от жёлто-оранжевых кружков к голубым со спиралями).

Пути эволюции галактик согласно новому исследованию. Источник изображения: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

Такой могла быть наша галактика миллиарды лет назад — бедным захолустным образованием без спиральной структуры, пока не вобрала в себя вещество и ряд карликовых галактик, и не стала отличным спиралевидным домом для Земли и не только. Но вот встреча с Андромедой через 4–6 млрд лет может пройти бурно, хотя учёные уверены, что мы объединимся с ней в целом без последствий для большинства звёздного населения каждой из этих галактик.

Дальнейшее слияние пылевых линзовидных галактик ведёт к потере ими дисков и превращение в галактику эллиптической формы, а не наоборот, как было принято считать. Эллиптическая галактика быстро потеряет холодные газ и пыль и превратится в сферическую.

«Выживает сильнейший, — сказал учёный, — что в конечном итоге означает господство сфероидов над дисками». И добавил: «Теперь астрономия имеет новую анатомическую последовательность и, наконец, эволюционную последовательность, в которой видно, что видообразование галактик происходит в результате неизбежного "бракосочетания" галактик, предписанного гравитацией».

Космическая обсерватория «Хаббл» получила самый детальный снимок неправильной или нерегулярной галактики ARP 263. Но ярче всего на снимке позирует «звёздная фотобомба», как назвали её в NASA — это яркая и совершенно посторонняя звезда. Но именно она оживила фотографию, как приглашённая на вечеринку знаменитость.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: ESA/Hubble, NASA

Пекулярные или нерегулярные галактики названы так по причине отсутствия у них явно выраженной галактической структуры — спиральных или эллиптической формы рукавов. Галактика ARP 263 или NGC 3239 выглядит как поле звёзд с отдельными очагами звёздообразования. По мнению учёных, такая форма могла образоваться при столкновении двух галактик. Эстафету наблюдений «Хаббла» за галактикой подхватит «Джеймс Уэбб» и, возможно, раскроет её секрет.

«Фотобомба» на переднем плане — это звезда BD+17 2217, которая к нам намного ближе, чем галактика ARP 263, которая удалена от нас на 25 млн световых лет. У звезды чётко видны восемь лучей — это особенности оптики «Хаббла». При прохождении света через оптическую систему этого телескопа вокруг ярких объектов образуется четыре дифракционных шипа. На снимке их восемь по той причине, что телескоп наблюдал галактику ARP 263 дважды в ходе двух отдельных обзоров, каждый из которых проводился под другим углом. Совмещение двух изображений дало такую картину. Теперь ждём снимка ARP 263, сделанного «Уэббом».

NASA опубликовало фото отдалённой галактики, сделанное космическим телескопом «Хаббл» — она пережила относительно недавний взрыв сверхновой. Галактика UGC 11860 находится в 184 млн световых лет от Земли в созвездии Пегаса.

Источник изображения: NASA

Речь идёт о спиральной галактике, похожей на наш собственный Млечный путь — на снимке отчётливо заметны рукава, исходящие из яркого ядра галактики и свивающиеся в спиралеобразную структуру.

Судя по фото, опубликованному NASA, UGC 11860 находится в довольно стабильном состоянии, и как сообщает Space.com, «спокойно плывёт» в космосе. Тем не менее, по данным космического агентства, в недавнем прошлом она пережила «невообразимо мощный звёздный взрыв».

Когда жизнь массивной звезды подходит к концу, она погибает в «эффектном» взрыве, превращаясь в сверхновую. На этом этапе звезда становится чрезвычайно яркой, выбрасывая в окружающий космос огромное количество материи и формирует расширяющиеся оболочки из газа и пыли, по остаткам которых не в последнюю очередь и можно отследить недавний взрыв.

Как заявляют в NASA, высокоэнергетические процессы при взрыве отвечают за формирование разнообразных химических элементов, от кремния до никеля. Это, в частности, позволяет многое понять о происхождении многих химических элементов на Земле.

Наблюдения UGC 11860 проводились ещё в 2014 году с использованием камеры «Хаббла» Wide Field Camera 3, но снимок опубликован NASA только теперь. Данные с «Хаббла» позволили астрономам подробно изучить последствия звёздного взрыва и сохранившиеся в галактике остатки сверхновой после него.

Космический телескоп Хаббл запечатлел потрясающее массовое скопление галактик eMACS J1353.7+4329. Это скопление находится примерно в восьми миллиардах световых лет от Земли в созвездии Гончих Псов. Для сравнения, самый удаленный объект, когда-либо наблюдаемый человечеством, находится на расстоянии 13,5 миллиарда световых лет от Земли.

Источник изображений: ESA/Hubble & NASA, H. Ebeling

Это скопление галактик является «монстром в процессе становления» и состоит, по меньшей мере, из двух эллиптических скоплений галактик, которые находятся в процессе слияния воедино, как указывается в заявлении Европейского космического агентства.

На новом фото с «Хаббла» кластер галактик виден как плотное скопление овальных форм. У каждой галактики есть светящаяся оранжевая аура вокруг яркого ядра. Множество других галактик разбросаны по всему изображению, включая яркую звезду запечатлена с четырьмя характерными дифракционными лучами.

Космический монстр eMACS J1353.7+4329 из скоплений галактик действует как гравитационная линза, позволяя исследователям изучать ранние галактики более подробно, чем они могли бы сделать это ранее. Гравитационное линзирование происходит, когда массивные объекты в переднем плане, такие как сливающиеся галактики, искривляют структуру пространства и времени таким образом, что свет от более дальних объектов увеличивается или искажается.

«Небесное тело, такое как скопление галактик, достаточно массивно, чтобы искажать пространство и время, в результате чего путь света вокруг объекта видно, как будто он искривлен огромным объективом, — заявили представители Европейского космического агентства. — Первые намеки на гравитационное линзирование уже видны на этом изображении в виде ярких дуг, которые переплетаются с множеством галактик в eMACS J1353.7+4329».

На изображении можно видеть эффекты гравитационного линзирования справа от самой большой центральной галактики, которая растянула фоновую галактику, вызвав появление двух соединенных тонких дуг.

Недавние наблюдения eMACS J1353.7+4329 были сделаны в нескольких диапазонах длин волн с использованием камерой широкого поля и камерой ACS телескопа «Хаббл». Эти данные были собраны в рамках инициативы под названием Monsters in the Making, которая охватывает пять исключительных скоплений галактик. Наблюдения «Хаббла» за этими огромными гравитационными линзами легли в основу дальнейшего изучения таких объектов с использованием космического телескопа «Джеймс Уэбб» NASA.

Накануне первой годовщины первого научного обзора неба космической обсерваторией «Джеймс Уэбб» учёные представили трёхмерную визуализацию примерно 5000 галактик, наблюдения которых проведены с помощью этой космической обсерватории. Визуализация являет собой виртуальный полёт сквозь Вселенную до самой древней из обнаруженных галактик «Мэйси», которую до «Уэбба» не видел никто на Земле.

Источник изображения: Pixabay

В ролик попали галактики из области неба, названной Расширенная полоса Грота, которая находится между созвездиями Волопаса и Большой Медведицы. Телескоп «Хаббл» наблюдал этот регион около 20 лет назад и обнаружил там порядка 100 тыс. галактик. Можно было бы сказать, что «Уэбб» переоткрыл их, но это не совсем так. Самые дальние галактики на снимках «Хаббла» были просто точками, а «Уэбб» позволяет увидеть множество деталей на изображениях, за что надо благодарить его чувствительность к инфракрасному диапазону, а также новый телескоп провёл спектральный анализ света звёзд. Можно сказать, что «Хаббл» увидел лес, а «Уэбб» рассказал, что там растёт.

Более того, визуализация завершается изображением галактики «Мэйси» (CEERSJ141946.35+525632.8, Maisies). Эта галактика получила собственное имя от одной из учёных проекта, которая назвала её в честь своей дочери. Возможно это всё ещё кандидат в самые ранние галактики. Было ли подтверждено её красное смещение на уровне z14,3 или нет, мы точно сказать не можем. В пресс-релизе NASA её называют самой ранней галактикой, но научной работы с подтверждением этого в виде спектрального анализа, похоже, ещё не было.

Если «Мэйси» — это действительно то, чем она кажется, то на снимке «Уэбба» она находится во времена, когда Вселенной было всего 286 млн лет или 13,4 млрд лет назад. Это первая галактика, которую до работы «Уэбба» люди не видели.

«Эта обсерватория просто открывает для нас весь этот период времени для изучения, — сказала Ребекка Ларсон (Rebecca Larson) из Рочестерского технологического института в Рочестере (штат Нью-Йорк), одна из учёных проекта. — Раньше мы не могли изучать галактики, подобные галактике "Мэйси", потому что не могли их увидеть. Теперь же мы не только можем обнаружить их на снимках, но и узнать, из чего они состоят и отличаются ли они от галактик, которые мы видим вблизи».

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) показал, насколько обманчивой может казаться космическая безмятежность: спокойная на вид галактика NGC 3256 образовалась в результате произошедшего 500 млн лет назад столкновения двух других.

Источник изображения: nasa.org

Галактика NGC 3256 находится на расстоянии около 120 млн световых лет от Земли и относится к сверхскоплению Гидры-Центавра. Намёками на бурное прошлое объекта являются яркие длинные рукава из пыли и звёзд, простирающиеся из основного тела галактики. Изучение подобных космических столкновений может поведать учёным о механизмах роста при слиянии галактик и находящихся в их ядрах сверхмассивных чёрных дыр, достигающих миллионов и миллиардов масс Солнца.

Слияние, в результате которого возникла NGC 3256, породило интенсивный всплеск звездообразования. При подобных процессах уже сформировавшиеся звёзды зачастую избегают столкновений друг с другом — уж слишком велики пустоты между ними. А вот газопылевые облака объединяются в ещё более плотные образования, и здесь начинают рождаться новые звёзды. При этом процессе возникает интенсивное инфракрасное свечение, и предназначенный для работы в данном диапазоне «Джеймс Уэбб» оказывается наиболее подходящим инструментом для наблюдения за подобными событиями.

Области интенсивного звездообразования обозначены наиболее яркими оранжево-красными участками галактических рукавов. На снимке NGC 3256 также можно различить целые звёздные нити, вырванные из своих родных галактик под действием гравитационных сил. Изображение было получено установленными на телескоп «Джеймс Уэбб» камерами ближнего (NIRCam) и среднего (MIRI) инфракрасных диапазонов.

Космический телескоп «Хаббл» (Hubble) помог получить чрезвычайно детальное изображение галактики ESO 174-1, расположенной на расстоянии 11 млн световых лет от нас — в галактических масштабах она является нашим близким соседом.

Источник изображения: nasa.gov

На снимке ESO 174-1 напоминает тонкое облако молочно-белого газа. Сквозь него можно разглядеть отдельные звёзды, а внутри хорошо различимо тёмное газопылевое «щупальце». Одним из важнейших различий ESO 174-1 и Млечного Пути является их форма: наша галактика состоит из центральной части (балджа) с высокой концентрацией звёзд и спиральных рукавов, тогда как ESO 174-1 значительно менее упорядочена. Она представляет собой пример неправильной галактики — такие широко варьируются по размерам и форме. Бывают карликовые галактики с массой в 100 млн раз больше солнечной, но есть и крупные с массой около 10 млрд солнечных. Неправильные галактики могут иметь формы сплющенной сферы, вытянутую или кольцеобразную форму.

Учёные предполагают, что свои формы они приобретают в результате взаимодействия с более массивными галактиками. Например, при сближении двух спиральных галактик одна может поглотить часть вещества другой и исказить её вид. Неправильная галактика может получиться и при слиянии двух спиралевидных. Есть также гипотеза, что со временем спиральная галактика может эволюционировать в эллиптическую.

Снимок ESO 174-1 был получен в рамках программы изучения соседних с Млечным Путём галактик — она занимает 2–3 % рабочего времени «Хаббла» между другими наблюдениями. Это оптимизация работы космического телескопа: последовательные наблюдения за объектами в противоположных частях неба были бы неэффективными. Учёные надеются, что программа поможет выявить самые яркие звезды известных галактик в радиусе 32 млн световых лет.

Расположение и перемещение галактик во Вселенной отнюдь не случайно. Помимо явных скоплений галактики связаны нитеподобными структурами. По всей видимости, в основе «нитей» лежит тёмная материя, которая постепенно собирала вокруг себя обычное вещество. Вначале это была слабая космическая паутина, но со временем она становилась всё более прочной и заметной. «Джеймс Уэбб» смог проследить начало формирования призрачных нитей, связывающих галактики в огромные структуры.

Кругами отмечены связанные космической нитью галактики, а объединяющий квазар находится в центре трёх кругов справа. Источник изображения: NASA, ESA, CSA

Центрами «сборки» космической паутины считаются сверхмассивные чёрные дыры или активные ядра галактик, которые также называют квазарами. Наблюдение за одним квазаром (J0305-3150) в ранней Вселенной в эпоху реионизации позволило выявить 10 связанных с ним галактик, соединённых космической «нитью» длиной 3 млн световых лет.

«Я был удивлен тем, насколько длинной и узкой является эта нить, — сказал участник исследования Сяохуи Фань (Xiaohui Fan) из Университета Аризоны в Тусоне. — Я ожидал найти что-то, но не ожидал такой длинной, отчётливо тонкой структуры». Руководитель проекта Фейдж Ванг (Feige Wang) из того же университета добавил: «Это одна из самых ранних связанная с далёким квазаром нитевидных структур, которые люди когда-либо находили».

Со временем эта нить превратится в громадное галактическое скопление, и оно где-то есть, а изучение космической паутины на ранних этапах даёт возможность проследить за эволюцией таких процессов.

Проделанная учёными работа входит в рамки проекта по изучению самых первых чёрных дыр. Всего в рамках программы ASPIRE (A SPectroscopic survey of biased halos In the Reionization Era) будут наблюдаться 25 квазаров, существовавших в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва. Программа призвана решить множество загадок, связанных с эволюцией чёрных дыр и одна из них — это слишком быстрое их появление в виде сверхмассивных объектов, на что, в теории, в те времена не хватило бы и времени, и материи.

Для астрофизики настали чудесные дни. Вчера было сообщено о революционном открытии фонового шума во Вселенной, создаваемого гравитационными волнами от слияния сверхмассивных чёрных дыр, а сегодня учёные доложили об открытии нового способа изучения космоса с помощью нейтрино. Впервые с помощью нейтрино удалось определить примерные источники высокоэнергичных космических лучей и это даёт новый взгляд на Вселенную.

Источник изображения: Pixabay

Учёные давно ищут источники высокоэнергичных частиц, которые прилетают из космоса на Землю. Их энергии таковы, что они должны рождаться вне пределов нашей галактики, чтобы они смогли преодолеть местные магнитные поля и вырваться в межзвёздное пространство. К сожалению, те же магнитные поля решительно изменяют траектории заряжённых частиц (протонов и заряженных атомных ядер) и это не позволяет отследить их до источника.

Другое дело нейтрино. Они почти не взаимодействуют с веществом и магнитными полями, поскольку имеют ничтожную массу и не имеют заряда. Поэтому нейтрино движутся по прямой траектории и могут указать на источник своего происхождения. Этим источником могут быть следы, которые высокоэнергичные частицы оставляют на своём пути, когда они врезаются в пыль и газ на своей траектории. Одним из продуктов таких столкновений является пара кварк-антикварк, известная как пион. Распад заряженных пионов, в свою очередь, порождает высокоэнергетическое электронное нейтрино. Проследив за траекторией этих нейтрино можно выйти на источник высокоэнергичных космических частиц.

Но есть ещё одна проблема — отсеять неуловимые высокоэнергетическое нейтрино из фона местных и таких же слабо регистрируемых нейтрино. В частности, необходимо было подавить фон атмосферных нейтрино (мюонных нейтрино). Вручную и с помощью обычных алгоритмов это не удавалось сделать много лет, пока на помощь не пришло машинное обучение. С помощью обучающихся алгоритмов учёные смогли заново проанализировать 10 лет наблюдений за нейтрино на установке IceCube во льдах Антарктиды.

Вид на нашу галактику в разных диапазонах. Нижнее изображение сформировано из данных по нейтрино. Источник изображения: IceCube Collaboration

Новый метод анализа позволил включить в набор данных в 20 раз больше событий с лучшей информацией о направлении, и это дало ошеломляющий результат. Учёным открылась новая карта Вселенной и, в частности, новый взгляд на нашу галактику Млечный Путь. Со статистической значимостью около 4,5 сигма (чуть-чуть не дотянули до пятёрки, что означало бы безоговорочное признание в научной среде открытия) были указаны источники высокоэнергичных нейтрино в центре нашей галактики, а не где-то там в невообразимой дали. Это даёт намёк на зарождение частиц с колоссальной энергией в центре нашей галактики, а не где-то за её пределами. В центре Млечного Пути происходит что-то невообразимое по выбросам энергии, и этот процесс оказалось возможным рассмотреть и, в перспективе, изучить.

На Земле все привыкли к переработке отходов, однако никто не представлял, что такое может происходить в космосе. Международная группа учёных под руководством астрономов Шиву Чжан (Shiwu Zhang) и Чжэн Цай (Zheng Cai) из Университета Цинхуа в Китае нашла доказательства того, что огромная галактика внутри ещё большей туманности под названием MAMMOTH-1 собирает материал из пространства вокруг неё, чтобы породить новые звезды.

Источник изображения: NASA

Материал туманности содержит элементы, образованные вспышками сверхновых звёзд, которые, как считается, произошли внутри галактик. Это означает, что галактика, которую исследовательская группа называет G-2, в настоящее время формирует звезды из материала, который ранее был выброшен в межгалактическое пространство либо самой галактикой, либо другой близлежащей. «Моделирование показало, что рециркуляция газа — повторное образование газа, который ранее был выброшен из галактики — может поддерживать звёздообразование в ранней Вселенной», — говорится в исследовании, опубликованном в прошлом месяце в журнале Science.

В туманности MAMMOTH-1 в изобилии присутствует сырье для звёздообразования, а наблюдения с телескопов «Subaru» и «Keck II» показали, что из туманности в одну из галактик внутри неё проистекают три газообразных потока. MAMMOTH-1 — это особенно огромная туманность, которая оправдывает своё название. Потоки газа из этой туманности простираются на поразительные 100 килопарсек (325 000 световых лет). Эти потоки могут обеспечить любую галактику всем необходимым для рождения нового поколения звёзд.

Исследовательская группа создала кинематические модели галактик и туманности, чтобы увидеть, как именно движутся газообразные потоки. Оказалось, что потоки закручиваются по спирали внутрь галактики, что, по их мнению, является ещё одним доказательством наличия огромного количества материала, который может быть переработан в новые звезды. Наблюдения на телескопах Subaru и Keck II показали, что эти потоки светились эмиссионными линиями, указывающими на присутствие водорода и гелия, чего и следовало ожидать. Но в них также присутствовало значительное количество углерода. Присутствие углерода показывает, что облако содержит более тяжёлые элементы, которые, скорее всего, произошли от давно погибших звёзд.

В ходе наблюдений за MAMMOTH-1 было обнаружено ещё кое-что: два потока газа, направляющиеся к притягивающей их галактике, исходят из одного и того же квазара. Квазары образуются, когда сверхмассивные черные дыры в центре галактик поглощают достаточно материала, чтобы испустить струи вещества и радиоактивное излучение. Эти струи могут выбрасывать материал из галактики целиком.

Исследователи определили, что этот квазар, скорее всего, расположен не в той же галактике, которая притягивает материал. Таким образом, похоже, что это случай, когда одна галактика перерабатывает материал, выброшенный другой.

Космический телескоп «Хаббл» (Hubble) прислал снимок галактики-медузы JO206, которая находится на расстоянии 700 млн световых лет от Земли и наблюдается в созвездии Водолея. Галактики-медузы отличают так называемые щупальца — длинные газовые хвосты, в которых происходит звездообразование.

Источник изображения: nasa.gov

Спиральная галактика повёрнута «лицом» к Земле и «Хабблу», поэтому на изображении с космического телескопа она предстала в виде цветного диска, окружённого туманным облаком вещества. Потоки этого вещества действительно напоминают щупальца медузы. Галактики-медузы наподобие JO206 встречаются в скоплениях и характеризуются газовыми хвостами — веществом, выбрасываемым из галактик по ходу их движения.

Эти щупальца образуются в результате взаимодействия между галактиками и средой внутри скопления — разреженной перегретой плазмой. Продвигаясь в области скопления, галактики врезаются в его внутреннюю среду, а свободный газ этих галактик вытягивается в длинные хвосты звездообразования. Это даёт астрономам уникальную возможность изучать звездообразование в экстремальных условиях вдали от основного диска.

Что примечательно, учёным не удалось обнаружить значительных различий между процессами формирования звёзд в дисках и щупальцах галактик-медуз. Из этого исследователи делают вывод, что окружающая молодые звезды среда оказывает на их формирование лишь незначительное влияние.

После Большого взрыва газ в родившейся Вселенной был настолько горячий и плотный, что поглощал едва ли не все электромагнитные излучения. Тёмные века закончились с появлением первых звёзд, свет которых запустил повторную ионизацию газа в пространстве, что в итоге сделало Вселенную прозрачной для всех диапазонов наблюдения. Но это всё в теории. Как обстояли дела на практике, учёные могли только догадываться. Но «Джеймс Уэбб» изменил правила игры.

Галактики из ранней Вселенной, окружённые «пузырями» из прозрачного газа. Источник изображения: NASA, ESA, CSA

Высокий уровень чувствительности в инфракрасном диапазоне помог космической обсерватории «Джеймс Уэбб» заглянуть так далеко в раннюю Вселенную, как никогда раньше. Выбранное астрономами время наблюдения лежало на рубеже 900 млн лет после Большого взрыва. Это фактически на границе завершения эпохи реионизации, что позволяло увидеть картину распределения прозрачности газа в большом масштабе.

Для нас как для наблюдателей в это время вокруг галактик образовывалось что-то в виде огромных пузырей прозрачного газа. «Пузыри» были уже достаточно большими, чтобы увидеть их границы, и они ещё не начали сливаться друг с другом у соседних галактик. Это произойдёт намного позже — через сотни миллионов лет, и тогда Вселенная станет практически прозрачная для наблюдения во всех направлениях.

До наблюдений «Уэбба» эти пузыри эпохи реионизации никто воочию не наблюдал, но чтобы их обнаружить потребовались наблюдения целого ряда других телескопов. Более того, просто так «пузыри» были бы невидны. Потребовалось в некотором роде везение. Там далеко в ранней Вселенной ещё до появления искомых галактик обнаружился квазар. Кстати, «Уэбб» подтвердил, что это самый яркий квазар из обнаруженных в ранней Вселенной — масса чёрной дыры в центре этой активной галактики в 10 млрд раз превышает массу Солнца. Этот квазар как фонарик подсветил все галактики от него до нас, высветив прозрачные пузыри и снизив интенсивность свечения в непрозрачных областях.

Пример эволюции (реионизации) газа под воздействием активной «жизнедеятельности» галактик в ранней Вселенной

Картина получилась настолько интересной, что проводившие наблюдения астрономы поспешили опубликовать данные до полного разбора всей информации. В направлении квазара «Уэбб» сделал шесть снимков глубокого поля и сразу выхватил 117 галактик, разгоняющих «вселенский туман». Представленные сегодня данные опираются на анализ только одного снимка, а пять ещё в обработке. Но даже первый результат не позволил учёным сдержать себя, ведь такого ещё никто не видел.