Среди более чем 5000 открытых учёными экзопланет нашлось настоящее чудо — планета-гигант с плотностью сахарной ваты. Есть только одна экзопланета с ещё меньшей плотностью, и обе они не вписываются ни в какие модели эволюции планет. Это тот случай, когда наука получает шанс продвинуться вперёд, и возможно совсем скоро, в чём поможет космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба.

Художественное представление планеты-одуванчика. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted/STScI

Как сообщила сегодня в журнале Nature Astronomy международная команда учёных, на расстоянии 1232 световых года от Земли открыта одна из самых странных на сегодня экзопланет — WASP-193b. Вселенная полна чудесами, и обнаружить экзопланету с плотностью 0,059 г/см³ — это самое редкое из них. Для сравнения, плотность Земли равна 5,51 г/см³. Плотность Юпитера, с которым экзопланету WASP-193b роднят размеры, составляет 1,33 г/см³. Плотность сахарной ваты, добавим, равна 0,05 г/см³.

Учёные затрудняются вообразить, из какого вещества может стоять экзопланета с подобной плотностью. Она вращается вокруг подобной Солнцу звезды WASP-193. Эта звезда примерно в 1,1 раза больше массы Солнца, а её радиус больше радиуса Солнца в 1,2 раза. Температуры у них похожие, возраст — тоже. Единственное что выделяет эту далёкую систему — экзопланета-одуванчик совершает один оборот вокруг своей звезды за 6,25 дня. В нашей системе таких планет нет.

«Её чрезвычайно низкая плотность делает её настоящей аномалией среди более чем пяти тысяч экзопланет, открытых на сегодняшний день. Эта чрезвычайно низкая плотность не может быть воспроизведена стандартными моделями облучённых газовых гигантов, даже при нереалистичном предположении о структуре без сердцевины», — сетуют учёные. Изучая транзит планеты по диску звезды, исследователи вычислили, что радиус WASP-193b примерно в 1,46 раза больше радиуса Юпитера. Но её масса невероятно мала: всего 0,139 от массы Юпитера.

Изучение второй такой экзопланеты — Kepler-51d, которая намного меньше WASP-193b, дало некоторую подсказку, почему обнаруженный газовый гигант очень лёгкий. По всей видимости, близкая звезда настолько сильно разогревает экзопланету, что её атмосфера распухла до чрезвычайных объёмов. В то же время планета не может находиться в таком состоянии бесконечно долго — максимум несколько миллионов лет. Однако возраст звезды составляет 6 млрд лет и она давно не молодая и не горячая, чтобы сотворить что-то подобное с атмосферой близкой экзопланеты. Одно дело, если бы события происходили на заре рождения звёздной системы. Но спустя 6 млрд лет такое невозможно. По крайней мере, с точки зрения наших знаний.

Учёные намерены разгадать загадку экзопланеты WASP-193b с помощью космической обсерватории им. Джеймса Уэбба. Она создавалась, в том числе, для анализа атмосфер экзопланет. Изучение атмосферы WASP-193b будет продолжено с использованием «Уэбба». Но это будет уже другая история.

Обитаемость инопланетных миров — это один из фундаментальных вопросов, на который пока нет ответа. Обнаружено свыше 5000 экзопланет, о которых наука знает исчезающе мало. Например, до сих пор не было надёжного доказательства существования атмосфер у скалистых миров, похожих на Землю. Если экзопланеты газовые гиганты без стеснения показывали свою раздутую атмосферу, то со скалистыми мирами всё было очень и очень неоднозначно.

Художественное представление экзопланеты 55 Cancri e. Источник изображениq: NASA

Возможности космической обсерватории им. Джеймса Уэбба открыли доступ к сбору данных по атмосферам экзопланет. Это довольно узкий канал для получения бесценной информации, но он есть и учёные им активно пользуются. Если экзопланета достаточно горяча или проходит по лику своей звезды, «Уэбб» фиксирует спектры излучения и поглощения в области наблюдений и помогает сделать вывод о наличии атмосферной оболочки и её приблизительном составе.

В 2004 году на удалении 41 световой год от Земли в двойной системе 55 Рака у солнцеподобной звезды 55 Рака A учёные обнаружили горячую суперземлю 55 Cancri e (55 Рака e). Экзопланета была примерно в два раза больше Земли и немного плотнее её. С тех пор 55 Рака e была под пристальным наблюдением множества научных коллективов, но обнаружить наличие атмосферы у экзопланеты не удавалось никакими способами.

Следует сказать, что планета 55 Рака e слишком горяча для возникновения там жизни. Она вращается у своей звезды примерно на четверть расстояния от Солнца до Меркурия. Её поверхность, судя по всему — это бурлящий океан магмы. Для учёных это возможность заглянуть в прошлое Земли, Венеры или Марса, когда планеты из нашей системы тоже были раскалёнными шариками. Это возможность понять процессы образования атмосфер на скалистых планетах и их взаимодействия с планетарным веществом.

Наблюдения за экзопланетой 55 Рака e позволили обнаружить признаки плотной и тонкой атмосферной оболочки. По словам исследователей — это лучшее доказательство наличия атмосфер у скалистых экзопланет за всю историю наблюдений подобных объектов. Данные получены благодаря высокой чувствительности «Уэбба» в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне.

Крошечные колебания света в диапазоне от 4 до 12 мкм позволили обнаружить поглощения спектральных линий, сигнализирующие о наличии в атмосфере 55 Рака e монооксида и диоксида углерода, которые, очевидно, выделяются и поддерживаются (что наиболее важно в данном исследовании) глобальным магматическим океаном. Иначе говоря, скалистый мир самостоятельно создаёт и поддерживает атмосферную оболочку. Первичную атмосферу давно ободрало бы излучение близкой звезды.

Также «Уэбб» определил, что дневная сторона экзопланеты холоднее, чем предсказывает моделирование. Измерения показали, что температура поверхности на дневной стороне составляет 1540 °C. Если бы на планете не было атмосферы, она разогревалась бы до 2000 °C или около того. К охлаждению может привести либо перемещение лавовых потоков, либо атмосферных масс с дневной на ночную сторону (планета, суда по всему, находится в приливном захвате и всё время обращена к своей звезде одной стороной). Лаву можно исключить — явно не та динамика. Тем самым получено ещё одно косвенное доказательство наличия атмосферы у 55 Рака e.

«В конечном счете, мы хотим понять, какие условия позволяют скалистой планете поддерживать богатую газом атмосферу: ключевой компонент пригодной для жизни планеты», — говорят исследователи.

В вопросе эволюции черных дыр много тёмных пятен. Космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба позволяет прояснить ряд из них, поскольку она может заглянуть во времена ранней Вселенной. Например, «Уэбб» способен оценить размеры чёрных дыр и галактик 13 млрд лет назад и дать подсказку о том, что из них эволюционировало быстрее. Знание начальных условий многое прояснит в эволюции Вселенной и наблюдаемых в ней объектов.

Квазар J0148 со сверхмассивной чёрной дырой в его центре. Источник изображения: NASA

Группа астрономов из Массачусетского технологического института опубликовала в журнале Astrophysical Journal работу, в которой рассказала об исследовании шести квазаров на удалении около одного миллиарда лет от Большого взрыва. Квазары — это активные центры галактик. Фактически — это диск аккреции вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики, в котором вещество разогревается так сильно, что светит на несколько порядков ярче всех остальных звёзд в галактике-хозяйке. И «Уэбб» стал тем инструментом, который помог на безумном удалении отделить свет звёзд от света аккрецирующих дисков.

Измерения показали, что чёрные дыры в центрах древних галактик имеют массы порядка 10 % от массы окружающих их звёзд. С одной стороны, это не кажется слишком много. Однако следует принимать во внимание, что сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик в нашей части Вселенной имеют массы до 0,1 % от масс звёзд в галактиках-хозяйках. Данное наблюдение даёт возможность сделать вывод, что в ранней Вселенной чёрные дыры эволюционировали быстрее галактик.

Более того, сверхмассивные чёрные дыры, судя по данной работе, могли возникнуть из более тяжёлых зародышевых первичных чёрных дыр, чем это предполагалось раньше. В противном случае учёным нечем объяснить тот факт, что всего через 1 млрд лет после Большого взрыва чёрные дыры развились до масс в несколько миллионов и миллиардов масс Солнца.

Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» снова продемонстрировала свои удивительные возможности, предоставив учёным данные для составления карты погоды далёкой экзопланеты. И это не абстрактные знания. Это и другие подобные наблюдения помогут нам улучшить климатические модели Земли, а нам ведь на ней ещё жить, да жить.

Художественное представление горячего юпитера у звезды. Источник изображения: NASA

Экзопланета WASP-43b — горячий юпитер массой 1,78 от нашего Юпитера — уже не раз привлекала к себе внимание астрономов. Очень уж удачно она расположена у своей звезды, что делает экзопланету WASP-43b идеальным объектом для изучения: она обращается вокруг звезды за 19,5 ч и расположена не так уж далеко от нас. Ранее наблюдения WASP-43b с помощью телескопов «Хаббл» и «Спитцер» позволили заподозрить на ней наличие облаков. Появление «Уэбба» не могло пройти мимо поклонников WASP-43b, и они провели суточное наблюдение за ней, фиксируя показания в среднем инфракрасном диапазоне каждые 10 секунд.

На основании полученных данных и климатических моделей, подобных климатическим моделям Земли, был сделан вывод о наличии на ночной стороне экзопланеты сильной облачности. Надо заметить, WASP-43b находится на удалении всего 2 млн км от своей звезды, которая хоть и слабее Солнца, но достаточно горяча и массивна, чтобы удерживать экзопланету в состоянии приливного захвата. Иначе говоря, WASP-43b постоянно обращена к своему светилу одной стороной.

Яркость объекта на ночной стороне имеет больший провал, чем показывает моделирование

Согласно моделированию, ночная сторона экзопланеты должна была быть горячее, тогда как измерения этого не выявили. Подобное несоответствие с большой долей вероятности можно объяснить плотной облачностью, которая не позволяет экзопланете нагреваться с ночной стороны. Вещество в атмосфере WASP-43b — это силикаты и оксиды, поднятые вверх с разогретой до 1250 °C дневной стороны. На ночной стороне температура составляет 600 °C.

В атмосфере экзопланеты «Уэбб» обнаружил водяной пар и совсем не нашёл метана, который там должен формироваться в таких условиях. По этим данным учёные заключили, что на WASP-43b сильные ветра, достигающие на экваторе скорости 8000 км/ч. За счёт быстрого перемещения масс на ночной стороне не успевают проходить химические процессы и атмосфера экзопланеты в целом однородна. На освещённой стороне, похоже, всегда ясно.

Туманность Конская Голова — это не только один из самых фотогеничных объектов во Вселенной, но также источник ценных данных о физических и химических процессах в межзвёздных средах газа и пыли. Одна из групп астрономов использовала телескоп «Джеймс Уэбб» для изучения структур этого объекта и впервые получила изображения пограничных областей туманности в беспрецедентных деталях.

Источник изображений: NASA

Туманность Конская Голова расположена на удалении 1500 световых лет от Земли. Это достаточно плотный сгусток пыли и газа, возникший в результате коллапса облака в этой области пространства. Это облако подсвечено ультрафиолетовым светом от расположенной недалеко молодой и горячей звезды, свет которой также меняет химический состав газа и рассеивает его и пыль. В конечном итоге туманность тоже со временем исчезнет под давлением излучения звёзд, но для Конской Головы это случится примерно через 5 млн лет.

С помощью инфракрасных приборов «Уэбба» учёные впервые получили изображение «гривы» Конской Головы — пограничной области пространства длиной 0,8 световых лет. Исследователей интересовал вопрос поведения пыли и газа в области рассеивания, где эти процессы видны наиболее отчётливо.

Сравнение изображений туманности Конская Голова, полученных разными телескопами

Благодаря новым наблюдениям удалось лучше представить объёмную картину распределения пыли и газа туманности в области рассеивания и увидеть, как вещество тонкими струйками уносится в пустое пространство. Позже будут проанализированы спектральные данные, полученные с помощью «Уэбба». Ультрафиолет в процессе фотодиссоциации меняет химический и физический состав газопылевой среды туманности, а это ключ к пониманию эволюции вещества во Вселенной. Такие знания на дороге не валяются, и «Уэбб» стал незаменимым инструментом на пути к их получению.

Космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба помогла сделать ещё одно интересное открытие или вернее будет сказать предположение. В процессе наблюдения за галактикой JWST-ER1g на удалении примерно 3,7 млрд лет после Большого взрыва выяснилось, что она может содержать намного более плотную тёмную материю, чем обычно. Учёные доказали это используя моделирование и данные наблюдений и это редкий шанс взглянуть на мифическую субстанцию под новым углом.

Сделавшие открытие американские физики из Калифорнийского университета в Риверсайде

Галактика JWST-ER1g была открыта «Уэббом» в сентябре 2023 года. Она оказалась идеальным примерном кольца Эйнштейна — явления гравитационного микролинзирования, когда дальний объект оказывается размазан по кольцу вокруг гравитационной линзы. Определив этот далёкий объект и учтя все другие параметры можно вычислить силу гравитационной линзы. В данном случае это означает, что галактика JWST-ER1g может быть взвешена и оценена как с позиции массы видимого вещества, так и с точки зрения находящейся в ней массы тёмной материи. Сложив одно и другое, должна получиться сила, преломляющая свет в соответствии с известными нам законами.

Наблюдения и расчёты показали, что свет от далёкого объекта преломляется сильнее, чем это допускала бы масса видимого вещества и расчётная масса тёмной материи в составе гало галактики JWST-ER1g. Поскольку с видимым веществом — звёздами и газом — всё просто, то выходит, что тёмной материи в гало JWST-ER1g явно больше, чем это допускают наиболее распространённые гипотезы и образованное галактикой гало. Сложившаяся ситуация позволила учёным предположить и позже математически доказать, что тёмная материя в галактике JWST-ER1g уплотнилась под воздействием видимого вещества и самой тёмной материи.

Это сделало случай наблюдения за JWST-ER1g уникальным и удобным для дальнейшего изучения свойств тёмной материи, которой, по принятым расчётам, примерно 85 % от всего находящегося во Вселенной вещества.

В один миг 9 октября 2022 года космические и наземные гамма-телескопы ослепли все как один. Это стало моментом регистрации сильнейшего в истории наблюдений гамма-всплеска, который получил индекс GRB 221009A и официальное прозвище BOAT (английская аббревиатура от «ярчайший за всё время»). Событие оказалось настолько ярким, что на месяцы затмило послесвечение, по которому можно было определить его источник. Но теперь эта тайна раскрыта.

Источник изображения: IHEP

Группа американских астрономов из Северо-Западного университета (Чикаго) в сегодняшнем номере журнала Nature Astronomy опубликовала статью, в которой сообщила о происхождении всплеска BOAT и о процессах, его сопровождавших, что также стало открытием. Учёные смогли приступить к поискам источника только полгода спустя после регистрации всплеска. До этого высокоэнергичные фотоны гамма-излучения буквально слепили все направленные на потенциальный объект излучения датчики.

Следует сказать, что учёные не сильно удивились, когда обнаружили на месте «преступления» останки сверхновой. Взрывы сверхновых — это один из вероятных источников гамма-всплесков. Интересно здесь то, что взорвалась, в общем-то, рядовая сверхновая, а не нечто рекордное по своему масштабу, как можно было бы ожидать. Другое дело, что гамма-излучение, возникшее в результате взрыва, оказалось очень сильно сфокусированным. Именно эта концентрация, да ещё направленная в сторону Земли, привела к столь яркому эффекту. Такое может происходить не чаще одного раза в 10 тыс. лет, считают учёные.

Учёные считают, что предельная фокусировка гамма-лучей произошла по причине высокой скорости вращения звезды перед взрывом. В теории такие процессы могут вести к образованию наиболее тяжёлых металлов во Вселенной. Считается, что в звёздах в обычных условиях не могут быть синтезированы вещества тяжелее железа. Но в ряде экстремальных процессов, например, подогреваемые интенсивным гамма-всплеском, могут появиться и более тяжёлые элементы, включая золото и платину.

Обратив свой взор к месту рождения события BOAT, учёные начали поиск золота и платины. Помог им в этом спектрометр космического телескопа «Джеймс Уэбб». Ни золота, ни платины в результате обнаружить на месте взрыва сверхновой не удалось. Это позволяет отодвинуть в сторону теорию о GBR-канале, как катализаторе синтеза тяжёлых элементов. В то же время это лишь повод обнаружить больше похожих событий и набрать достаточно данных либо для полного опровержения такой возможности, либо для создания списка исключений. В любом случае, изучение события BOAT дало целый спектр данных, чтобы учёным было чем занять свои головы в поиске ответов на загадки Вселенной.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) помог рассмотреть сердце галактики Сигара, в которой наблюдается яркая вспышка рождения звёзд. В ядре галактики, также известной как «Мессье 82» (Messier 82), находится компактная турбулентная среда, способная дать учёным более чёткое представление о массовом рождении звёзд и формировании галактик.

Снимки галактики Сигара телескопами «Хаббл» (Hubble, слева) и «Джеймс Уэбб» (справа). Источник изображений: nasa.gov

Галактика Сигара располагается в 12 млн световых лет от Земли и наблюдается в созвездии Большая Медведица — звёзды здесь формируются примерно в 10 раз быстрее, чем в нашей относительно тихой галактике Млечный Путь. Учёные сделали снимок ядра этой галактики с активным звездообразованием с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) «Джеймса Уэбба», чтобы понять, какие условия способствуют этому процессу.

Звездообразование — распространённый во Вселенной процесс, но его окружает ореол загадочности, потому что образующие для него сырьё газ и пыль скрывают этот процесс в видимом диапазоне. Но сквозь эту среду способен проникать инфракрасный свет, а значит, «Джеймс Уэбб» хорошо подходит для этой задачи. Тёмные красновато-коричневые «щупальца» на снимке — это пыль, пробивающаяся сквозь светящееся ядро галактики. Маленькие зелёные точки на изображении — это скопления железа, оставшиеся от взрывов сверхновых, а красные пятна обозначают области, где молекулярный водород нагревается излучением молодых звёзд.

Снимки подтверждают уникальные возможности «Джеймса Уэбба». Камера NIRCam помогла зафиксировать галактический ветер, вызванный звездообразованием и сверхновыми — умирающими старыми звёздами. Исследователям удалось определить, что в нём содержатся полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) — мелкие пылинки, которые выживают в прохладных областях, но разрушаются при высоких температурах. Это показало, как в галактическом ветре взаимодействуют холодные и горячие компоненты.

Учёные надеются, что дальнейшие наблюдения «Джеймса Уэбба» за этой и другими галактиками со звездообразованием помогут ответить на некоторые вопросы о рождении звёзд. Изучение спектра «Мессье 82» поможет оценить возраст звёздных скоплений в галактике. А это, в свою очередь, поможет понять, как долго длится каждая фаза звездообразования в галактиках с такими яркими вспышками.

Человечество успешно справилось с обнаружением экзопланет — миров в иных звёздных системах. На очереди открытие экзолун. Эти планетарные тела сравнительно небольших размеров и поэтому обнаружить их пока не удаётся. Зато намного проще может оказаться увидеть будущий спутник, пока он «размазан» тонким слоем пыли и газа по протопланетному диску. Подобные признаки формирования экзолун были обнаружены в молодой звёздной системе PDS 70.

Протопланетный диск системы PDS 70. Источник изображений: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty

Открытие системы PDS 70 несколько лет назад стало подарком астрономам и планетологам. Она расположена сравнительно недалеко от Земли — всего в 370 световых годах. Звезде и протопланетному диску PDS 70 всего 5,5 млн лет — это младенец по сравнению с Солнечной системой, возраст которой оценивается в 4,5 млрд лет. Поэтому система PDS 70 изучалась всеми доступными астрономическими инструментами от наземных до космических. Большинство интересных открытий были сделаны радиотелескопом ALMA и Очень большим телескопом, расположенными в Чили.

Самым впечатляющим открытием стало обнаружение в системе PDS 70 двух формирующихся экзопланет на одной орбите (PDS 70B и PDS 70C). После этого за системой стали следить ещё внимательнее и обнаружили удивительное — вокруг каждой из них наблюдались спиральные завихрения вещества в протопланетном диске. Моделирование показало, что с большой вероятностью это могут быть признаки образования естественных спутников у этих планет. Подобные завихрения вещества учёные наблюдали и раньше в протопланетных дисках других систем, но теперь появилась возможность связать все наблюдения воедино и предположить, что всё это один процесс — рождение будущих лун.

Два ранее обнаруженных зародыша экзопланет на одной орбите

Но на этом сюрпризы не окончились. На внутреннем крае протопланетного диска PDS 70 были обнаружены данные, которые заставили учёных заподозрить формирование там третьей экзопланеты. После подтверждения открытия другими группами планета получит индекс PDS 70D.

«Мы нашли новые доказательства присутствия третьей планеты в системе, которые были предложены на основе наблюдений VLT, — сказал Валентин Кристианс, один из учёных проекта. — Более того, новые инфракрасные измерения [Джеймсом Уэббом], которые мы провели для двух известных протопланет, предполагают наличие вокруг них нагретого материала, который может быть строительным материалом для формирующихся вокруг них лун».

Примерно в 50 световых годах от Земли находится система LHS 1140, в которой ранее были обнаружены две суперземли. Одна из них обещает оказаться планетой-океаном, потенциально пригодным для жизни. В этом помог разобраться космический инфракрасный телескоп им. Джеймса Уэбба, приборы которого проанализировали состав атмосферы экзопланеты LHS 1140b.

Инопланетный мир у красного карлика в представлении художника. Источник изображения: ESO

Прибор NIRSpec «Джеймса Уэбба» изучил атмосферу экзопланеты LHS 1140b в июле 2023 года во время двух событий транзита экзопланеты по своей звезде. Ранее предполагалось, что это каменистый мир массой свыше 6 земных. Новые наблюдения позволили снизить оценку массы и размера экзопланеты до 5,6 массы Земли и радиуса 1,73 от земного. Инсоляция планеты предполагается на уровне 0,42 от земной, а усреднённая температура у поверхности может составлять 226 К.

Добавим, планета LHS 1140b вращается вокруг красного карлика массой 0,18 солнечных масс. Она расположена достаточно близко к звезде, но слабое излучение центрального светила не перегревает её поверхность, а это важно, ведь для планеты с глобальным океаном повышенная инсоляция это автоматическое создание парникового эффекта и смерть всему живому. Вы только посмотрите, что сотворил парниковый эффект на Венере!

Одним словом, если на LHS 1140b есть глобальный океан, то температура воды на его поверхности выше точки замерзания, что означает потенциальную его пригодность для зарождения биологической жизни. Впрочем, судя по размерам и оценкам плотности экзопланеты, вместо 10 % воды на её поверхности может присутствовать плотная газовая атмосфера. Спектральный анализ атмосферы и моделирование показали, что вероятность плотной атмосферы у LHS 1140b ниже, чем вероятность наличия огромного объёма воды на её поверхности. Поэтому это хороший кандидат на роль планеты-океана. И вдвойне ценно, что подобных миров обнаружено не так много, как хотелось бы учёным. Ещё один лишним не будет.

Международная группа учёных при помощи прибора MIRI (Mid-Infrared Instrument) на космическом телескопе «Джеймс Уэбб» (JWST) обнаружила в скоплениях вещества вокруг протозвёзд IRAS 2A и IRAS 23385 ледяные соединения сложных органических молекул: этилового спирта и, предположительно, уксусной кислоты.

Снимок протозвезды IRAS 23385. Источник изображения: webbtelescope.org

Некоторые из органических веществ, в том числе обнаруженные в рамках данного исследования в твёрдом агрегатном состоянии, ранее фиксировались в газообразном состоянии — учёные предположили, что вещество переходит из твердой в газообразную фазу посредством сублимации, то есть минуя жидкость. Обнаружение ледяной органики даёт учёным надежду лучше понять происхождение других, ещё более крупных молекул в космосе.

Исследователи пытаются выяснить, в какой степени эти органические вещества переносятся на планеты, появляющиеся на гораздо более поздних стадиях эволюции протозвёзд. Считается, что в ледяной фазе эти вещества легче переносятся из молекулярных облаков в диски, из которых формируются планеты, чем в более горячей газообразной фазе. В ледяном состоянии они могут попадать на кометы и астероиды, которые, в свою очередь сталкиваются с формирующимися планетами и доставляют на них ингредиенты для потенциального зарождения жизни.

Учёные также обнаружили более простые молекулы, в том числе муравьиную кислоту, метан, формальдегид и диоксид серы. Исследования показывают, что серосодержащие соединения играли важную роль в запуске метаболических реакций на молодой Земле. Особый интерес в данном исследовании представляет IRAS 2A — протозвезда малой массы, развитие которой может быть похожим на ранние стадии жизни Солнечной системы. Обнаруженные вокруг этой протозвезды органические вещества, возможно, также появились на ранних стадиях развития Солнечной системы, а впоследствии были доставлены на древнюю Землю.

Международная группа из 27 учёных опубликовала в журнале Nature Astronomy работу, в которой сообщила об открытии самой ранней пары сливающихся галактик. Событие обнаружено на красном смещении Z=9,3127 или через 510 млн лет после Большого взрыва. В те времена и галактику обнаружить — это редкая удача, а увидеть пару сливающихся галактик — это вообще за пределами понимания.

Источник изображения: ASTRO 3D

Учёные из Австралии, Таиланда, Италии, США, Японии, Дании и Китая провели скрупулёзную работу, расшифровывая то, что они увидели в ранней Вселенной. Открытие сразу задало загадку. Судя по изображению, это должны были быть молодые звёзды возрастом около 20 млн лет. Спектральный анализ с помощью прибора «Уэбба» NIRSpec показал, что возраст звёзд составляет 120 млн лет плюс-минус 20 млн. Дальнейшее изучение объекта позволило сделать вывод, что ничего удивительного в таком сочетании нет. На изображении предстали две сливающиеся галактики: одна молодая и одна массивная старая.

О событии слияния также говорит тот факт, что на изображении виден приливной хвост. При слиянии галактик выброс вещества и даже отдельных звёзд в виде хвоста или шлейфа — это обычное явление. Необычным это событие делает то, что, по крайней мере, у одной из галактик не было достаточного времени на развитие, как мы себе это представляли до появления «Уэбба». «Джеймс Уэбб» снова преподнёс сюрприз, открыв то, чего по нашим теориям не должно было случиться.

Новые наблюдения свидетельствуют о быстром и эффективном накоплении массы и металлов сразу после Большого взрыва в результате слияний, наглядно демонстрируя, что в ранние времена существовали массивные галактики с несколькими миллиардами звезд. «Хаббл» не позволял этого увидеть, и теоретики были сильны в своих убеждениях. «Уэбб» ломает представления об эволюции звёзд и галактик в ранней Вселенной. Данных для пересмотра базовых теорий всё ещё мало, но база растёт и, похоже, к концу десятилетия у нас будет заметно дополненная и даже местами изменённая теория эволюции Вселенной.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) сделал снимок туманности NGC 604, которая находится в одной из ближайших к нашему родному Млечному Пути галактик и отличается высокой концентрацией молодых массивных звёзд.

Источник изображения: esawebb.org

Астрономов уже давно интересует туманность NGC 604, расположенная в относительно близкой к нашей Галактике Треугольника (2,7 млн световых лет). В этой туманности находятся около двухсот крупнейших звёзд, большинство из которых пребывает на ранних стадиях своей жизни. Это преимущественно звёзды классов O и B, то есть с самыми высокими температурами поверхности. Массы некоторых из этих звёзд в сто и более раз превосходят массу Солнца. Астрономам не известна ни одна другая область Вселенной, настолько плотно населённая крупными звёздами, как эта туманность.

Изображение, полученное камерой ближнего инфракрасного диапазона на телескопе «Джеймс Уэбб», содержит множество участков ярко-оранжевого цвета — так обозначено присутствие полициклических ароматических углеводородов. Звёздные ветры самых ярких и горячих молодых звёзд образовали в этой туманности полости, а ультрафиолетовое излучение ионизировало окружающий газ — ионизированный таким образом водород обозначен бело-голубым свечением.

Возраст туманности NGC 604 составляет всего 3,5 млн лет, что по космическим меркам чрезвычайно мало. Облако светящегося газа протянулось на 1300 световых лет. В галактике Млечный Путь подобные области не обнаружены.

Последние данные с космического телескопа «Джеймс Уэбб» подтвердили вычисленную на основе наблюдений с помощью телескопа «Хаббл» скорость расширения Вселенной — ранее считалось, что прежние расчёты могли оказаться ошибочными.

Источник изображения: ESA

Скорость расширения Вселенной известна как постоянная Хаббла, однако между ней и предсказанным на основе послесвечения Большого взрыва значением наблюдается расхождение, называемое «напряжённостью Хаббла». Тем не менее, «Джеймс Уэбб» подтвердил правильность измерений телескопа «Хаббл».

До запуска «Хаббла» в 1990 году наблюдения с земных телескопов давали огромные погрешности, и в зависимости от них возраст Вселенной оценивался от 10 до 20 миллиардов лет. За 34 года наблюдений посредством «Хаббла» учёные пришли к оценке в 13,8 миллиарда лет с погрешностью в 1 %. Этого удалось добиться уточнением шкалы астрономических расстояний посредством наблюдения за цефеидами.

Однако данные «Хаббла» расходились с другими измерениями, указывающими на то, что сразу после Большого взрыва Вселенная расширялась быстрее. Предполагалось, что в данные с «Хаббла» закралась ошибка или же погрешность измерений. Однако наблюдения посредством телескопа «Джеймс Уэбб» указывают, что ошибки не было. В надежде снять «напряжённость Хаббла», некоторые ученые предположили, что ошибки в измерениях могут расти и становиться заметными по мере того, как мы будем заглядывать все глубже во Вселенную. В итоге с помощью «Уэбба» были проведены дополнительные наблюдения за объектами, которые являются важнейшими космическими маркерами, известными как переменные звезды Цефеиды, которые теперь можно соотнести с данными Хаббла.

«Теперь, когда мы охватили весь диапазон измерений "Хаббла", мы с большой уверенностью можем заключить, что хаббловская напряжённость не вызвана ошибкой измерений», — прокомментировал результаты физик из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, обладатель Нобелевской премии за открытие ускоренного расширения Вселенной из-за загадочного явления, именуемого «тёмной энергией», Адам Рисс (Adam Riess).

«Поскольку мы подтвердили точность измерений, вероятно и весьма захватывающе, что мы попросту чего-то не понимаем в этой Вселенной», — добавил Рисс. В итоге хаббловская напряжённость остаётся для учёных загадкой.

Наблюдения с помощью телескопа им. Джеймса Уэбба открыли человечеству окно в не известную ранее эпоху младенчества Вселенной. Все предыдущие наблюдения позволили создать определённые модели эволюции звёзд и галактик. Сейчас «Уэбб» разрушает эти представления, о чём лишний раз напоминает новое открытие — телескоп заметил чрезвычайно быстрое затухание звездообразования в галактике, существовавшей всего через 700 млн лет после Большого взрыва.

Увеличенное изображение галактики JADES-GS-z7-01-QU. Источник изображения: JADES Collaboration

Наши модели эволюции галактик хорошо описывают процессы звездообразования в них. Тем удивительнее было открыть галактику на рубеже 700 млн лет после Большого взрыва с полностью и, по-видимому, навсегда угасшим звездообразованием. К такому результату могли привести два наиболее вероятных процесса: во-первых, в центре галактики могла образоваться сверхмассивная чёрная дыра, которая своим излучением вынесла бы вещество из галактики-хозяина и, во-вторых, звёзды могли эволюционировать настолько быстро, что израсходовали бы весь запас вещества, после чего процесс замер.

Обычно ожидается, что активность звездообразования в галактиках снижается постепенно. Но в этой галактике на красном смещении z=7,3 образование звезд прекратилось на удивление рано, что делает её редким открытием. Исходя из полученных «Уэббом» данных, эта галактика пережила короткий всплеск звездообразования между 30 и 90 млн лет и прекратила образовывать звёзды за 10–20 млн лет до того момента, как её обнаружил «Уэбб».

Теория допускает остановку звездообразования и длительный период затишья, но потом оно обычно возобновляется в том или ином виде (звёзды взрываются и из останков образуются новые), чего в данном случае учёные не наблюдают, и это ставит их в тупик.