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) обнаружил самую удалённую активную сверхмассивную чёрную дыру из известных сегодня. Галактика CEERS 1019, в центре которой находится чёрная дыра, сформировалась всего через 570 млн лет после Большого взрыва. Сама чёрная дыра примечательна не только большой дистанцией до неё от Солнечной системы, но и массой «всего» в 9 млн солнечных — обычно её ровесницы весят более 1 млрд солнечных масс, благодаря чему их легче обнаружить.

Источник изображений: NASA

Относительно небольшой размер чёрной дыры в центре CEERS 1019 пока представляет собой одну из загадок Вселенной. По данным Научного института космического телескопа в Балтиморе, управляющего JWST, всё ещё сложно объяснить, как сверхмассивная чёрная дыра такой массы сформировалась настолько скоро после появления Вселенной. Ранее астрономы подозревали, что на ранних этапах должны были появиться чёрные дыры относительно небольших размеров. Учёные не исключают, что сверхмассивных чёрных дыр относительно небольшой массы на деле много, просто они до сих пор не обнаружены.

Чёрную дыру в CEERS 1019 удалось выявить благодаря данным, собранным «Джеймсом Уэббом» в рамках проекта Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) — исследовательской программы, предназначенной для тестирования и оценки методов, позволяющих «заглянуть» далеко в историю Вселенной в регионе между созвездиями Большой медведицы и Волопаса.

Если до недавних пор исследования, связанные с ранними этапами формирования Вселенной, были преимущественно теоретическими, то «Джеймс Уэбб» позволяет не только видеть чёрные дыры и галактики на огромных расстояниях, но и точно оценивать их характеристики. Так, о CEERS 1019 собрал спектральные данные, электромагнитные сигнатуры, раскрывающие химический состав, массу и другие свойства галактики. Известно, что она продолжает порождать новые звёзды, возможно, в результате слияния с другой галактикой, поддержавшего активность центральной чёрной дыры и процесс звёздообразования.

JWST не только обнаружил необычный объект в центре CEERS 1019, но и два массой поменьше, чем обычно характерны для сверхмассивных чёрных дыр, находящихся на таких дистанциях. Объекты являются ядрами галактик CEERS 2782 и CEERS 746 и сформировались приблизительно через 1,1 млрд и 1 млрд лет после Большого взрыва соответственно. Каждая имеет массу приблизительно в 10 млн солнечных. Для сравнения, чёрная дыра в центре Млечного пути в 4,3 млн раз массивнее Солнца — её характеристики весьма скромны для современных сверхмассивных чёрных дыр. Например, в центре галактике M87 находится объект с массой в 6,5 млрд солнечных.

В целом в рамках программы CEERS телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил 11 галактик, сформировавшихся от 470 до 675 млн лет после Большого взрыва. Полученные данные могут многое рассказать о формировании и эволюции звёзд и галактик. Предполагается, что объект в центре CEERS 1019 недолго останется рекордсменом — благодаря JWST уже обнаружены другие кандидаты на эту роль, которые сейчас изучаются подробнее.

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.

Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» добавила в копилку знаний о Сатурне собственные наблюдения. Впервые изображение «планеты с кольцами» было сделано в ближнем инфракрасном диапазоне на длине волны 3,23 мкм. Учёные едва приступили к глубокому анализу полученных изображений, но чтобы понять всю мощь инструментов «Уэбба», нам достаточно обработанного снимка Сатурна и знания, что он получен с расстояния в 1370 млн км.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, STScI

По заявке группы астрономов «Уэбб» сделал несколько очень длительных по экспозиции снимков Сатурна. Наблюдения должны были показать способность оборудования обсерватории обнаруживать слабосветящиеся и поэтому небольшие луны планеты-гиганта. Это необходимо как для уточнения состава системы Сатурна, так и для изучения эволюции планеты и системы. Научная работа по этому наблюдению пока не заявлена, и её подготовка может потребовать длительного времени. Ожидается ещё одна серия наблюдений «Уэббом» за Сатурном, которая добавит знаний об этой планете.

Кроме информации о спутниках Сатурна новые снимки несут данные об атмосфере планеты и её кольцах. Кольца с большим содержанием льда особенно ярко выделяются на снимках, поскольку атмосфера Сатурна в значительной степени поглощает инфракрасное излучение, а материал колец его хорошо отражает.

Необработанный снимок

Также на изображении хорошо заметна разница между южным и северным полюсом — последний темнее, что может объясняться разницей в сезонах в обоих полушариях. В северном полушарии сейчас лето и в атмосфере может быть больше аэрозольной взвеси, которая сильнее поглощает инфракрасный свет. Диск планеты, что интересно, как бы очерчен светлой каймой. Это может быть следствием флюоресценции метана в верхних слоях атмосферы или проявляться в результате излучения ионов триводорода в ионосфере, либо причина кроется в одновременном присутствии обоих явлений сразу.

Кроме того, в северном полушарии прослеживается некоторая пятнистость. Нечто подобное наблюдалось во время обзора Юпитера «Уэббом». Явление может быть связано с распространением крупных волн в верхних слоях атмосферы Сатурна. Наконец, это просто красиво.

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.

Группа астрономов сообщила о первом в мире наблюдении света звёзд из очень ранних активных галактик (квазаров). «Джеймс Уэбб» смог увидеть звёздное население в свете квазаров на удалении 12,9 и 12,8 миллиардов лет или во времена всего лишь через 870 и 880 млн лет после Большого взрыва. Так далеко и с такой разрешающей способностью земная наука ещё не заглядывала. Открытие поможет понять эволюцию звёзд, галактик и сверхмассивных чёрных дыр в их центрах.

Квазар HSC J2236+0032 в поле зрения космического телескопа «Джеймс Уэбб». Источник изображения: Ding, Onoue, Silverman, et al.

Космический телескоп «Хаббл» помог учёным увидеть звёзды в активных галактиках на расстоянии 10 млрд световых лет. «Уэбб» заглянул ещё дальше — почти на 13 млрд лет или в эпоху, когда первые звёзды образовывали первые галактики. До этого наука смогла составить представление об эволюции квазаров и их галактик-хозяек в зрелые годы Вселенной вплоть до нашего времени. Но что было в ранние эпохи развития Вселенной оставалось нам неизвестным.

Следует сказать, что в исследованной нами Вселенной масса квазаров коррелирует с массой галактик, в которых они находятся (квазар — это активно питающаяся сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики или, иначе, её активное ядро). Тем самым существует примерная зависимость массы квазаров от массы галактик. Учёные не могут со 100-процентной уверенностью ответить, почему так происходит. На этот счёт существует две основные гипотезы: либо излучение квазара влияет на активность звездообразования в галактиках-хозяйках, либо чёрные дыры растут пропорционально росту галактик в цепочке последовательных слияний более мелких галактик и чёрных дыр из их центров.

Наблюдения «Уэбба» дают ценный материал для изучения эволюции галактик и квазаров на ранних этапах, что может подтвердить ту или иную гипотезу и для этого необходимо уметь отделять свет звёзд в галактиках от света квазаров в их центрах, который затмевает всё остальное излучение рядом с собой. Ведь узнать о массе далёкой галактики мы можем, только анализируя свет от её звёздного населения. «Уэбб» предоставил такую возможность для объектов на невообразимом удалении.

Два квазара из ранней Вселенной — J2236+0032 и J2255+0251 — оказались с тем же соотношением масс чёрных дыр к массам их галактик, как и в нашей области Вселенной. Галактики, в центрах которых они обитали на тот момент времени, обладали массой в 130 млрд и 30 млрд раз больше солнечной, а массы их центральных чёрных дыр были в 1,4 млрд и 200 млн раз больше массы Солнца.

Безусловно, двух наблюдений недостаточно для создания стройной теории, поэтому «Джеймс Уэбб» продолжит изучение квазаров в ранней Вселенной и такие программы уже намечены и выполняются.

В этом месяце космический телескоп «Джеймс Уэбб» Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США провёл наблюдение за Сатурном. Теперь же несколько необработанных снимков планеты были опубликованы на неофициальном сайте James Webb Space Telescope Feed, на котором размещены все данные, полученные от космической обсерватории с момента начала её работы в середине прошлого года.

Источник изображений: jwstfeed.com

Первые снимки Сатурна, сделанные телескопом в период с 24 по 25 июня, представляют собой необработанные чёрно-белые изображения. Однако даже в таком виде они выглядят весьма впечатляюще, в том числе за счёт знаменитой системы колец. Эти необработанные снимки являются лишь предвестником того, что можно будет увидеть на снимках шестой планеты от Солнца после того, как завершится их обработка специалистами .

«Как и любой современный телескоп, JWST не делает цветных снимков, как это делает кинокамера. Изображения, которые передаются на Землю, чёрно-белые, и после их получения проводится обширная работа, направленная на то, чтобы создать впечатляющие виды, с которыми мы знакомы. Эта обработка необходима не только для того, чтобы снимки хорошо выглядели, но и для выделения разнообразной полезной научной информации», — говорится в заявлении Европейского космического агентства (ESA), которое сотрудничает с NASA в рамках миссии телескопа «Джеймс Уэбб».

В сообщении ведомства не уточняется, что чёрно-белые экспозиции отражают количество частиц света или фотонов, попавших на детектор одного из приборов телескопа, таких как камера ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) или камера среднего инфракрасного диапазона (MIRI). На представленных снимках, сделанных с помощью инструмента NIRCam, вторая по величине планета Солнечной системы имеет достаточно не чёткую светящуюся форму. При этом разница в способности отражать свет у самой планеты и колец приводит к тому, что на некоторых изображениях Сатурн практически не видно.

Международная группа учёных сообщила о знаковом открытии — в космосе впервые найдена особая молекула углерода, которая важна для зарождения биологической жизни. Молекула обнаружена в протопланетном диске молодой звезды на удалении 1350 световых лет от нас. Но это не единственная странность в этой звёздной системе, а для движения науки вперёд, чем больше лежит на пути загадок, тем лучше!

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: ESA/Webb, NASA, CSA

Анализ спектральных данных, собранных обсерваторией «Джеймс Уэбб», обнаружил невиданные ранее линии спектра. В течение четырёх недель занятые в работе учёные смогли идентифицировать сигналы до определения источника — молекулы метил-катиона (CH₃+). Это стало первым подтверждённым обнаружением данного соединения за пределами Земли.

Ещё в 70-х годах прошлого века появилась теория, что для зарождения биологической жизни на Земле и в космосе важным этапом должно стать образование такого соединения углерода, как метил-катион. Это своего рода катализатор или посредник для запуска множества химических реакций, которые в итоге могут привести к образованию соединений, породивших органическую химию. Чтобы подтвердить эту гипотезу метил-катион должен обнаруживаться в космосе, но радиотелескопы не способны его уловить из-за особенностей строения молекулы, а инфракрасные телескопы с Земли банально не работают.

Прорыв произошёл благодаря инфракрасной космической обсерватории «Джеймс Уэбб» с её революционной спектральной и инфракрасной чувствительностью, а также высочайшим на сегодня пространственным разрешением.

Молекула метил-катиона обнаружена в протопланетном диске небольшого красного карлика d203-506 в туманности Ориона. Особенность данного объекта в том, что протопланетный диск подвергается сильной бомбардировке ультрафиолетом от близлежащих молодых и более массивных звёзд. Сам красный карлик на такое не способен. Ультрафиолет, как ни странно для нас это звучит, не разрушает метил-катион, а даёт энергию для запуска процесса его синтеза. Такое, вероятно, происходит на ранних стадиях зарождения органической химии и не вредит ей, а даёт толчок к развитию.

Обнаружение метил-катиона в протопланетном диске d203-506 оказалось не единственной странностью. Так, в системе вообще не выявлено наличие молекул воды, хотя обычно её следы есть везде. На этот счёт учёные предполагают, что в этом снова виновато сильное ультрафиолетовое излучение на определённом этапе развития протопланетных дисков. В любом случае исследователи получили больше информации для прослеживания ранних этапов развития органической химии и зарождения жизни на Земле и в космосе, что рано или поздно ляжет в основу стройной теории и будет подтверждено новыми наблюдениями.

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.

Обнаружить сложные органические молекулы всего через 1,5 млрд лет после Большого взрыва — «это как третьекласснику выйти на пенсию», прокомментировали событие учёные. Обнаружены не простые молекулы типа воды или углекислого газа, а найдены сложные соединения из сотен и тысяч атомов. На таком этапе развития Вселенной этого мало кто ожидал. Очевидно, близится время глубокого пересмотра наших теорий об эволюции звёзд, галактик и самой Вселенной.

Синий объект — это галактическое скопление, оранжевый — далёкая галактика, наблюдаемая сквозь гравитационную линзу. Источник изображения: J. Spilker / S. Doyle, NASA, ESA, CSA

Сделать открытие помогли возможности нового космического телескопа «Джеймс Уэбб» и хорошо известный эффект гравитационного линзирования. Гравитационная линза была создана удалённым от нас на 3 млрд световых лет массивным скоплением галактик. Гравитация этого скопления настолько сильно исказила вокруг себя пространство-время, что фоновые объекты далеко за ним появились вокруг него в сильно увеличенном виде.

Так удачно совпало, что почти точно за скоплением в 12 млрд световых лет от нас находилась одиночная галактика SPT0418-47. Именно её изображение увеличила гравитационная линза от скопления. На снимке далёкая галактика превратилась в ореол, сияющий вокруг скопления. Простая математика позволяет вернуть галактике первоначальный вид и воссоздать её реальный образ.

Спектральные приборы «Уэбба» позволили выделить в свете галактики SPT0418-47 сложные органические молекулы, которые на Земле обычно находятся в нефти. Обнаружить подобное в открытом космосе всего через 1,5 млрд лет после Большого взрыва — это было удивительно. Это указывает на то, что химические преобразования во Вселенной шли гораздо быстрее, чем это себе представляла земная наука. На тот момент Вселенная прошла только 10 % своего развития, а органики там не меньше чем в нашей галактике. Подобные вещества должны были быть в ней в следовых количествах и недоступны для определения земными приборами. Но «Уэбб» смог это сделать и ещё на шаг приблизил нас к пониманию эволюционных процессов во Вселенной.

Принцип работы гравитационной линзы

Новые наблюдения «Уэбба» обещают обнаружить сложные органические вещества в других галактиках ранней Вселенной и, возможно, на ещё более ранних этапах её развития. К сожалению, прибор телескопа для таких открытий начал деградировать. Ранее мы сообщали, что спектрометр среднего разрешения (MRS) инструмента MIRI на самых длинных волнах начал снижать пропускную способность (количество света, которое регистрируется датчиками). Если команда телескопа не найдёт решения проблемы, подобные наблюдения после 2024 года станут невозможными.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил следы водяного пара в атмосфере сверхгорячего газового гиганта WASP-18 b, расположенного в 400 световых годах от Земли. Сам факт того, что телескоп смог обнаружить «сигнатуры» присутствия воды на такой дистанции, говорит о великолепном разрешении использованного оборудования.

Иллюстрация. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

WASP-18 b приблизительно в 10 раз массивнее Юпитера и вращается всего в 3,1 млн км от солнцеподобной звезды. Для сравнения Меркурий находится от Солнца на расстоянии около 63,4 млн км. Период обращения вокруг звезды WASP-18 составляет всего один земной день.

Из-за того, что планета находится так близко к своей звезде, температура её атмосферы столь высока, что, по данным NASA, буквально расщепляет большинство молекул воды. Тем не менее спектральный анализ атмосферы показал, что, несмотря на температуру порядка 2700 градусов по Цельсию, там всё же сохраняются некоторое количество воды.

WASP-18 b обнаружили ещё в 2008 году и изучали с помощью других телескопов, включая «Хаббл» и другие известные космические обсерватории, но ни одна из них не была достаточно чувствительной, чтобы обнаружить сигнатуры воды в атмосфере удалённой экзопланеты.

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Помимо того, что планета столь массивна, горяча и находится чрезвычайно близко к своей звезде, она ещё и приливно заблокирована. Это означает, что WASP-18 b всегда повёрнута к звезде одной стороной. В результате в разных частях планеты температура значительно отличается — на солнечной стороне на 1100 градусов (по Цельсию) жарче, чем в «сумеречной зоне». Учёные не ожидали, что разница будет столь велика и теперь желают понять, какой неучтённый фактор оказывает подобное влияние, предотвращающее распространение жара по всей планете. Как заявляют учёные, карта яркости WASP-18 b свидетельствует об отсутствии ветров «с востока на запад», что, по данным исследователей, соответствует моделям с «атмосферным сопротивлением». В качестве возможного объяснения допускается наличие у планеты сильного магнитного поля, что, как считают исследователи, могло бы стать чрезвычайно захватывающим открытием.

По данным исследователей, «Джеймс Уэбб» обеспечивает большую чувствительность при создании детальных температурных карт, чем когда-либо раньше. Впервые карта составлена с помощью аппаратуры «Джеймса Уэбба», особенно учёных впечатляет то, что полученные результаты соответствуют некоторым предложенным ранее моделям — в частности, речь идёт о значительном падении температуры в регионах, где планета не освещается прямо местной звездой. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Астрономы использовали беспрецедентные возможности космического телескопа «Джеймс Уэбб» для обнаружения настоящего монстра звёздного мира. Выявленная чёрная дыра оказалась столь беспрецедентно массивной, что, вероятно, остановила процесс образования новых звёзд в древней галактике GS-9209.

"Джеймс Уэбб", иллюстрация. Источник изображения: NASA

Команда учёных из Эдинбургского университета использовала «Джеймс Уэбб», чтобы изучить одну из самых отдалённых галактик — GS-9209 находится в 25 млрд световых лет от Земли. В ходе исследования, результаты которого опубликованы в журнале Nature, выяснилось, что галактика интересна не только этим. По данным учёных, речь идёт о т.н. «массивной покоящейся галактике», всего через 800 млн лет после Большого взрыва сформировавшей столько же звёзд, сколько имеется в Млечном пути. Хотя GS-9209 имеет примерно столько же звёзд с общей массой, равной приблизительно 40 млрд масс Солнца, размером галактика в 10 раз меньше нашей.

«Джеймс Уэбб» помог учёным выяснить, что главный виновник того, что образование звёзд в чужой галактике прекратилось, — сверхмассивная чёрная дыра в центре GS-9209, которая в 5 раз массивнее, чем должна была бы быть в соответствии с современными научными представлениями — исходя из числа светил в галактике.

По словам учёных, такая чёрная дыра оказалась «большим сюрпризом» и ещё одним подтверждением одной из теорий, согласно которой сверхмассивные чёрные дыры могут мешать появлению новых звёзд. В процессе аккреции они интенсивно испускают высокоэнергетическое излучение, которое нагревает газ и буквально «выталкивает» его из галактик, в результате чего новые звёзды не возникают из-за нехватки основного «строительного материала».

Тот факт, что данная чёрная дыра столь массивна, может означать, по мнению учёных, что она была «очень активна в прошлом», поглощая огромное количество газа и пыли и, вероятно, светилась как квазар, а вся энергия, выделенная в процессе аккреции, вероятно, серьёзно повлияла на процесс звездообразования во всей галактике, не давая газу превратиться в новые звёзды.

«Джеймс Уэбб» чрезвычайно эффективен не только на длинных, но и на весьма коротких дистанциях. Относительно недавно он обнаружил гигантский ледяной гейзер на спутнике Сатурна — Энцеладе, что поможет учёным сделать немало открытий, связанных с этим небольшим, покрытым льдом миром.

Учёные обнаружили, что ледяная луна Сатурна — Энцелад выбрасывает «гигантский шлейф» водяного пара далеко в космос, причём в выбросах содержится немало химических ингредиентов, пригодных для формирования живых организмов. Обнаружить необычную находку помог телескоп «Джеймс Уэбб».

Энцелад, иллюстрация. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech.

Известно, что телескоп снял выброс ещё в ноябре 2022 года — результаты продемонстрировали на конференции в т.н. Научном институте космического телескопа в Балтиморе 17 мая. По мнению учёных, выброс действительно «колоссальный». Исследователям не впервые удалось увидеть, как Энцелад выбрасывает воду, но технические возможности нового телескопа позволяют увидеть, что струи пара уходят в космос намного дальше, чем считалось ранее, фактически — во много раз дальше, чем диаметр самого Энцелада, составляющий 504 км.

Впервые о водяных выбросах луны Сатурна узнали ещё в 2005 году, когда космический аппарат NASA — Cassini запечатлел ледяные частицы, вылетающие из разломов в поверхности спутника планеты. Считается, что выбросы столь мощны, что из отдаваемого луной материала сформировано одно из колец Сатурна. Как показал анализ, подобные струи содержат метан, углекислый газ и аммиак — органические молекулы, части которых являются необходимыми элементами для возникновения жизни. Допускается даже, что источником некоторых из этих газов служит сама жизнь. В частности, метан может быть одним из продуктов её деятельности глубоко под ледяной поверхностью Энцелада.

Ещё одним необходимым элементом считается вода. Хотя Энцелад полностью покрыт толстым слоем льда, исследования вращения луны свидетельствуют о том, что под поверхностью может находиться целый океан жидкой воды. Учёные считают, что источником обнаруженных Cassini и «Джеймсом Уэббом» выбросов могут служить гидротермальные жерла на океанском дне — об этом косвенно свидетельствуют обнаруженные в снятых шлейфах частицы кремнезёма — обычно составляющего кору планет.

Учёные NASA обсуждают миссии к Энцеладу для поиска возможных следов жизни. Ожидается, что орбитальный модуль Enceladus Orbilander будет находиться на орбите луны около полугода, пролетая буквально сквозь шлейфы для сбора образцов. После этого космический аппарат превратится в модуль для посадки на поверхность самого спутника Сатурна. Ожидается, что Orbilander оснастят инструментами для анализа захваченных молекул, например, кроме микроскопа, аппарат оснастят даже секвенатором ДНК. Кроме того, дистанционно сканировать поверхность спутника будут камеры, радиозонды и лазеры.

Дополнительно предлагается отправить под ледяную поверхность Энцелада робота-змею — Exobiology Extant Life Surveyor может получить камеры и лидар для навигации в неизвестной среде у океанского дна.

NASA поделилось новыми видами на красоты космоса, которые нам продолжает открывать телескоп «Джеймс Уэбб». Но одних только данных «Уэбба» было бы недостаточно для раскрытия множества нюансов бесконечного многообразия Вселенной. А вот объединив их с данными рентгеновской обсерватории NASA «Чандра» и рядом других инструментов удалось воссоздать картины космоса, которые человеческий глаз никогда бы не увидел.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображений: NASA|ESA

Данные с инфракрасных датчиков «Уэбба» были дополнены снимками «Чандры» в рентгеновском диапазоне, а также данными, полученными телескопами «Хаббл» (видимый свет), «Спитцер» (инфракрасный свет), космическим телескопом Европейского космического агентства XMM-Newton (рентгеновский свет) и телескопом Европейской южной обсерватории New Technology Telescope (оптический свет).

Для восприятия изображений человеческим глазом снимки были раскрашены в видимые нашему глазу цвета. Рентгеновский диапазон раскрашен фиолетовым, а инфракрасный и видимый от синего до красного и оранжевого.

NGC 346 (Рентген: фиолетовый и синий; инфракрасный/оптический: красный, зеленый, синий)

Объект NGC 346 — это звёздное скопление в соседней галактике, Малом Магеллановом Облаке, на расстоянии около 200 000 световых лет от Земли. «Уэбб» показывает шлейфы и струи газа и пыли, которые звезды и планеты используют в качестве исходного материала в процессе своего формирования. Фиолетовое облако в левой части изображения — это данные «Чандры» — представляет собой остатки взрыва сверхновой массивной звезды. Также «Чандра» показывает молодые, горячие и массивные звёзды, которые раздувают вещество в пространстве вокруг себя. Снимки включают данные «Хаббла» и «Спитцера», а также вспомогательные данные XMM-Newton и Телескопа новых технологий ESO.

NGC 167. (Рентген: фиолетовый; оптический: красный, зеленый, синий; инфракрасный: красный, зеленый, синий)

Объект NGC 1672 — это спиральная галактика, но особая, которая относится к так называемым «зарешечённым» спиралям. В близких к центру областях таких галактик рукава из звёзд в основном выстроены в прямую линию, а не изгибаются спиралью. Данные «Чандры» высвечивают компактные объекты, такие как нейтронные звёзды или чёрные дыры, которые вытягивают материал из звёзд-компаньонов, а также остатки взорвавшихся звёзд. Дополнительные данные «Хаббла» (оптический свет) помогают заполнить изображения центральной части спиральных рукавов пылью и газом, а данные «Уэбба» дополнили изображения рукавов.

Туманность M16. (Рентген: красный, синий; инфракрасный: красный, зеленый, синий)

Туманность M16 (туманность Орла или Мессье 16) также называют «Столпами творения» за характерные облака пыли и газа в виде колонн. На датчиках «Уэбба» эти тёмные столбы газа и пыли очень хорошо видны, как и скрытые в них несколько молодых звёзд, которые только формируются. Датчики «Чандры», показывают там же молодые звёзды в виде точек — они испускают большое количество рентгеновского излучения.

Галактика M74. (Рентген: фиолетовый; оптический: оранжевый, голубой, синий; инфракрасный: зеленый, желтый, красный, пурпурный)

Наконец, галактика M74 (Мессье 74). Она такая же спиральная, как наш Млечный Путь. Мы видим её с отличного угла зрения — как на ладони. Она находится на расстоянии около 32 млн световых лет от нас. Галактику Мессье 74 прозвали призрачной галактикой, потому что она сравнительно тусклая и незаметная в небольшие телескопы. «Уэбб» показывает в ней газ и пыль в инфракрасном диапазоне, а данные «Чандры» высвечивают высокоэнергетическую активность звёзд в рентгеновском диапазоне. Оптические данные «Хаббла» показывают дополнительные звезды и пыль в виде пылевых полос.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» нашёл водяной пар вокруг кометы, расположенной в главном поясе астероидов между Юпитером и Марсом. Наблюдение космического аппарата вносит очередное доказательство в копилку гипотезы, что вода на Земле могла появиться благодаря кометам. Открытие телескопа также показывает, что вода в ранней Солнечной системе могла сохраняться в виде льда в главном поясе астероидов.

Источник изображения: NASA, ESA

Вопреки названию, в главном поясе астероидов помимо астероидов также присутствуют объекты, которые периодически показывают ореол, называемый комой, а также хвост из газа и пыли. Недавно они были классифицированы как кометы. 238P/Read является одним из трёх объектов главного пояса астероида, попавшего под эту классификацию.

Комета 238P/Read в объективе «Джеймса Уэбба» 8 сентября 2022 года. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, M. Kelley, H. Hsieh, A. Pagan

До этого считалось, что все кометы возникают в поясе Койпера за Нептуном или в так называемом облаке Оорта, на окраинах Солнечной системы, где лёд может храниться вдали от Солнца. Ледяной материал, который испаряется, когда комета приближается к Солнцу, это то, что придаёт ей характерную кому и хвост, отличающие её от астероидов. Долгое время исследователи предполагали, что водяной лёд может сохраняться и в более теплом поясе астероидов внутри орбиты Юпитера. Однако экспериментально подтвердить это удалось только благодаря наблюдениям «Джеймса Уэбба».

«В прошлом мы наблюдали объекты в главном поясе со всеми характеристиками комет, но только благодаря таким точным спектральным данным от "Уэбба" мы можем сказать, что этот эффект определённо создаётся водяным льдом. Благодаря наблюдениям кометы 238P/Read, проведённым "Уэббом", мы можем показать, что водяной лёд из ранней Солнечной системы может сохраниться в поясе астероидов», — говорится в заявлении ведущего автора исследования, астронома Мэрилендского университета Майкла Келли (Michael Kelley).

В то же время наблюдение за кометой 238P/Read породило новую загадку. На объекте не оказалось углекислого газа, который ожидали увидеть учёные. Исследователи поясняют, что обычно около 10 % летучих веществ кометы составляет углекислый газ, который легко испаряется под воздействием солнечного тепла. Однако у 238P/Read углекислого газа обнаружено не было.

Спектральный анализ комет 238 P/Read (белым) и 109 P/Hartley 2 (синим) на наличие воды и углекислого газа. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted

Учёные выдвинули несколько предположений. Одно из них заключается в том, что комета содержала углекислый газ в момент своего формирования, но со временем полностью его потеряла под воздействием Солнца. Углекислый газ испаряется легче, чем водяной лёд, и его запасы могли исчезнуть за миллиарды лет. Согласно альтернативному предположению, комета из главного пояса астероидов могла образоваться в особенно тёплой части Солнечной системы, где углекислый газ был недоступен.