Инфракрасные датчики в сочетании с чувствительностью космической обсерватории «Джеймс Уэбб» позволяют по-новому взглянуть на многие хорошо изученные космические объекты. Обычному человеческому глазу такое недоступно, а в этом таится не только новая информация, но также сокрыта неземная красота. И эта красота достойна научных усилий не меньше получения новых знаний.

Источник изображений: NASA

Накануне Рождества NASA представило снимки ранее хорошо изученных останков сверхновой Кассиопеи А. Изображения получены датчиками «Уэбба» как в ближнем, так и в среднем инфракрасном диапазоне. На каждом из снимков обозначились свои нюансы, поскольку свет в каждом из диапазонов высветил чуть иные структуры вещества в окрестностях этого объекта.

На объединённом снимке останки Кассиопеи А подобны сиянию огней на новогодней ёлке, ярко освещающих пространство вокруг себя. Ударные явления в разлетающейся оболочке сверхновой звезды создали структуры, которые дают понимание о ряде процессов, предшествующих взрыву. В некоторой степени это позволяет создать модель явления ещё до момента смерти звезды.

Инфракрасные датчики обсерватории дают представление о температуре газов и пыли в окружающем останки звезды пространстве и в отдельных структурах останков. Для астрофизиков это богатая пища для ума, а для нас — это способ по-своему приобщиться к чудесам переднего края науки.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США обнаружил большое количество угарного газа в замороженном виде вблизи центрального региона галактики Млечный Путь. Речь идёт об огромном молекулярном облаке G0.253+0.016, которое астрономы в шутку называют «Кирпичом» из-за его формы и высокой плотности материи.

Источник изображения: Адам Гинзбург

Обычно в подобных областях активно идёт процесс звёздообразования. Однако в случае G0.253+0.016 этого не происходит, и учёные точно не могут сказать, с чем это связано. Одно из возможных объяснений заключается в том, что это облако ещё слишком молодо и в нём попросту не успели сформироваться звёзды. Сторонники другой версии считают, что газ внутри него отличается высоким уровнем турбулентности или поддерживается магнитными полями, которые препятствуют образованию звёзд.

Обнаруженный космической обсерваторией замороженный угарный газ делает этот регион галактики ещё более загадочным. Угарный газ в виде льда и раньше находили в центре Млечного Пути, поскольку он конденсируется на частицах пыли. Однако в межзвёздной среде обычно найти его достаточно трудно, поэтому учёные не знали, сколько льда может находиться в туманностях в центре галактики.

Учёные из Университета Флориды во главе с Адамом Гинзбургом (Adam Ginsburg) сильно удивились, когда камера ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) космической обсерватории обнаружила там много ледяного газа. «Наши наблюдения убедительно демонстрируют, что лёд там очень распространён, причём настолько, что все наблюдения в будущем должны учитывать это», — отметил Адам Гинзбург.

Молекулярное облако «Кирпич» в левой части изображения / NASA/Chandra/HST/ESA/STScI/Q.D. Wang/Spitzer/Churchwell et al.

Для начала процесса звёздообразования нужны очень холодные условия, когда температура молекулярного газа опускается до десяти градусов выше абсолютного нуля, самой низкой возможной температуры во Вселенной. Несмотря на обилие льда в рассматриваемой области, данные JWST показали, что газ в ней на удивление тёплый по сравнению с показателями других молекулярных облаков.

В дальнейшем учёные намерены задействовать космическую обсерваторию для выявления того, какие ещё вещества в замороженном виде присутствуют в G0.253+0.016 и других подобных объектах, находящихся поблизости. «У нас нет данных, например, относительно количества угарного газа, воды и углекислого газа, а также сложных молекул. С помощью спектроскопии мы можем измерить их и получить некоторое представление о том, как с течением времени меняется химический состав этих облаков», — рассказал Гинзбург.

Свежее открытие в очередной раз подчёркивает невероятные возможности космической обсерватории им. Джеймса Уэбба. За пеленой пыли и газа на удалении 1000 световых лет инфракрасные инструменты телескопа обнаружили два источника наблюдаемых возмущений среды, а не один, как можно было предположить раньше. И если раньше мы рассчитывали увидеть в космической колыбели одну новорожденную звезду, то «Уэбб» помог разглядеть там пару двойняшек.

Нажмите для увеличения. Источник изображения: ESA/Webb, NASA & CSA

Зарождение звезды связано с образованием так называемого объекта Хербига–Аро. Это обычно протяжённые струйные завихрения в межзвёздных газе и пыли. В процессе формирования молодая звезда испускает мощные струи газа, которые порождают ударные волны в окружающем звезду веществе. Струи достаточно динамичные, чтобы значительно менять свою структуру за короткие сроки наблюдения. Это делает их интересными объектами для исследования поведения молодых звёзд.

С помощью инструмента Near-InfraRed Camera (NIRCam) — камеры ближнего инфракрасного диапазона — астрономы пронаблюдали за одним из таких новых объектов, который получил обозначение HH 797. На полученном изображении звёздного «кокона» новорожденная звезда находится за облаком пыли и газа справа на фоне более тёмного пятна.

Приборы «Уэбба» обнаружили, что динамика объекта довольно странная. С одной его стороны струи газа движутся в нашу сторону, что определили по смещению света в синюю область, а с другой стороны — в красную, что говорит о движении вещества прочь от Земли. Более детальное изучении турбулентности подсказали, что, по-видимому, мы имеем дело с двумя струями в одном объекте. С большой вероятностью можно предположить, что каждую из них породил свой источник. Это заставляет принять за факт то обстоятельство, что в только что обнаруженной звёздной колыбели две новорожденные звезды, а не одна.

Не так давно в это тяжело было поверить, но мы смогли отыскать свыше 5,5 тыс. инопланетных миров у далёких звёзд и их число растёт каждый день. Более того, новейшие инструменты типа космической обсерватории «Джеймс Уэбб» в ряде случаев могут изучить атмосферы далёких планет, и многие из них, мягко говоря, удивительны! Например, изучение мира WASP-107b, удалённого от нас на 200 световых лет, показало наличие там облаков из песка и песчаных дождей.

Планета, из которой сыплется песок в представлении художника. Источник изображения: LUCA School of Arts/ Klaas Verpoest, Johan Van Looveren/Achrène Dyrek/Michiel Min/Leen Decin/European MIRI EXO GTO team/ESA/NASA

Экзопланета WASP-107b в системе WASP-107 в созвездии Девы была открыта роботизированной обсерваторией Wide Angle Search for Planets (WASP) в 2017 году. Это вторая планета в системе. Диаметр WASP-107b примерно равен диаметру Юпитера, а масса приближается к массе Нептуна. Фактически это газовый гигант с удивительно «пушистой» атмосферой, как отмечают авторы исследования. Это позволяет изучать атмосферу планеты на «просвет», когда она проходит по диску родной звезды, для чего хорошо подходят приборы «Уэбба».

Учёные воспользовались прибором MIRI (Mid-Infrared Instrument), установленным на «Уэббе», и узнали о планете WASP-107b много интересных деталей, которые помогут лучше понимать эволюцию и разнообразие экзопланет во Вселенной. Так, в атмосфере WASP-107b были обнаружены признаки водяного пара, диоксида серы, облака из «песка», но, что удивительно, не было найдено никаких признаков метана.

Необычная природа атмосферы экзопланеты позволяла фотонам от звезды-хозяйки проникать глубже, и это привело к массивному образованию диоксида серы в ней, что стало неожиданностью для данного типа миров. Но самым удивительным стало открытие облаков из силикатных частиц — основного компонента земного песка. Температура на WASP-107b около 500 °C. При таких температурах в облаках, образовавшихся из силикатных частиц, возникает дождь, который падает и испаряется на нижних уровнях, а затем поднимается обратно и вновь собирается в облака.

Транзит экзопланеты WASP-107b по диску звезды в представлении художника

Ещё одним сюрпризом стало отсутствие метана в атмосфере экзопланеты. Обычно это постоянный компонент в атмосферах газовых гигантов. Учёные считают, что атмосфера WASP-107b оказалась теплее, чем считалось ранее, что не дало метану скапливаться в ней. Так шаг за шагом учёные складывают картины разнообразия составов атмосфер на мирах в разных частях Вселенной, стремясь уловить закономерности и пути эволюции не только далёких планет, но и нашей Земли. Она ведь тоже часть этой головоломки. А большое, как сказал поэт, видится на расстоянии.

Углублённый анализ света от галактики, существовавшей ещё во времена рассвета Вселенной, выявил высочайший для того момента уровень металлов. Учёные пока не могут однозначно указать на источник наблюдаемых ими тяжёлых элементов. С большой вероятностью это могут оказаться неуловимые «первичные» звёзды, что делает открытие одним из самых важных в астрофизике.

Галактика GLASS-z13 — самая старейшая из всех, которые нам довелось наблюдать. Источник изображения: JWST/James O'Donoghue

Наука считает, что практически все металлы родились и могут рождаться только в звёздах. Взрывы сверхновых разбрасывают их всё дальше и шире. Все мы с вами и Земля, а также всё живое и неживое на ней когда-то были атомами, рождёнными в звёздах. Уточним, что астрофизика считает металлами всё, что тяжелее водорода и гелия.

Во время Большого взрыва появился в основном водород. Гелия было существенно меньше, ещё меньше было лития и, возможно, было исчезающее мало бериллия. Тем самым металличность Вселенной увеличивалась постепенно и достаточно предсказуемо, что позволяло представить эволюцию звёзд, галактик и всего остального. Вот только наблюдения ранней Вселенной, которые позволил проводить телескоп «Джеймс Уэбб», начинают вносить сомнение в наше понимание процессов в ней.

Обнаружение довольно впечатляющего объёма углерода в молодой (или древней относительно нас) галактике на рубеже примерно 350 млн лет после Большого взрыва стало одним из таких открытий. В галактике с красным смещением z12,5 обнаружено слишком много металлов, а углерод для астрофизиков, напомним, это металл. «Джеймс Уэбб» проводил спектроскопию объекта в течение 65 часов, что стало беспрецедентным случаем. Для такого инструмента потратить столько времени на анализ спектра от одной галактики — это роскошь, мало кому доступная.

Анализ спектра и широта присутствия углерода в свете галактики позволили предположить, что углерод присутствует именно в звёздах, а не в межзвёздном или межгалактическом газе. Увидеть сами звёзды на таком расстоянии не представляется возможным. Если нам повезёт, то такие звёзды можно будет различить в случае гравитационного линзирования. Пока же благодаря «Уэббу» можно сделать вывод, что в древней галактике звёзды оказались вовсе не девственно чисты. В таких галактиках ожидалось встретить звёзды населения III, в которых металлов быть не должно. Это первое поколение звёзд после Большого взрыва, которые известны только гипотетически.

Согласно выводам учёных, источником углерода в древнейшей галактике, скорее всего, являются звёзды населения III. Другим источником углерода в наблюдаемой галактике может быть сверхмассивная чёрная дыра. Поглощение дырой вещества может сопровождаться образованием металлов. Но эта вероятность представляется меньшей. Наконец, металлы за исключением сверхновых могут синтезироваться и выбрасываться в космос звёздами AGB (асимптотическая ветвь гигантов). Однако чтобы это происходило, звёзды AGB должны были эволюционировать значительно дольше, чем в наблюдаемом случае.

В общем, «Джеймс Уэбб» подкинул учёным очередную загадку или отгадку, которая должна подтолкнуть к лучшему пониманию эволюции звёзд, галактик и Вселенной.

В известной нам Вселенной нет ничего крупнее галактических скоплений, но как они образуются, остаётся во многом загадкой для учёных. Самый верный путь к пониманию процесса — это отыскать в ранней Вселенной зародыши скоплений или протоскопления. Одно из таких ранних образований помог найти космический телескоп «Джеймс Уэбб».

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 2.2 / 3D News

Создание с помощью камеры NIRCam «Уэбба» глубоких снимков звёздного неба в зоне Полосы Грота помогло обнаружить там массивную и протяжённую цепочку из 20 галактик. Структура напоминает выгнутый лук длиной свыше 13 млн световых лет и шириной около 650 тыс. световых лет. Для сравнения, ширина нашей галактики Млечный путь около 100 тыс. световых лет. За свой внешний вид образование назвали «Космической лозой».

Все галактики в «Лозе» удалены от нас примерно на одинаковое расстояние и имеют величину красного смещения в районе 3,44. Это означает, что свет от них шёл к нам от 11 до 12 млрд лет или большую часть жизни нашей Вселенной, возраст которой оценивается в 13,8 млрд лет. Измеренная учёными масса этого протоскопления составила 10^10,9 солнечных, что делает его самым массивным из всех ранее обнаруженных в ранней Вселенной зародышей галактических скоплений. Сегодня масса «Лозы» может достигать 10¹⁴ солнечных масс.

Данные телескопа «Джеймс Уэбб». Источник изображения: Shuowen Jin / arXiv 2023

Две самых крупных галактики в скоплении (на снимках обозначены буквами A и E) определены как спокойные. Это означает, что процесс звездообразования в них завершился или близок к завершению. Для галактик на таких ранних этапах это удивительно, и учёные пока не могут дать этому внятных объяснений. Одним из них может быть то, что обе они пережили слияние с другими галактиками, что вызвало повышение активности звездообразования и ускоренное расходование вещества. Впоследствии именно эта пара галактик, скорее всего, стала центром галактического мегаскопления, но где оно находится сейчас — это загадка. Расширение Вселенной помогло ему затеряться в глубинах космоса, и мы уже об этом никогда не узнаем.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) прислал впечатляющее своей красотой изображение области из центра нашей галактики Млечный Путь — приборы аппарата запечатлели область звездообразования Стрелец C.

Источник изображений: webbtelescope.org

Эта область находится примерно в 300 световых годах от сверхмассивной чёрной дыры Стрелец A* в центре нашей галактики и более чем в 25 тыс. световых лет от Земли. В этом регионе находятся более чем 500 тыс. звёзд и несколько скоплений протозвёзд, которые всё ещё формируются и набирают массу. Центр галактики — «самая экстремальная среда» в ней, пояснил профессор Университета Вирджинии Джонатан Тан (Jonathan Tan); до настоящего момента у астрономов не было изображений этой области с такой детализацией и в таком разрешении.

В центре этой области находится массивная протозвезда массой в 30 солнечных — она блокирует свет позади себя, из-за чего её окрестности кажутся менее «населёнными». Камера NIRCam зафиксировала также крупномасштабный выброс ионизированного водорода — это голубая область в нижней части снимка. Вероятно, такой эффект возник из-за того, что молодые и массивные звезды испускают фотоны с высокой энергией, но размеры данной области оказались неожиданностью для учёных.

Глава исследовательской группы Сэмюэл Кроу (Samuel Crowe) пояснил, что изучение этого и будущих изображений поможет учёным понять природу массивных звёзд, и это сродни «изучению происхождения большей части Вселенной».

Телескоп «Джеймс Уэбб» продолжает расшатывать устои современной космологии. Очередное наблюдение обнаружило пару новых самых далёких от нас галактик, существовавших во времена ранней Вселенной. Найденные галактики сформировались всего через 300–400 млн. лет после Большого взрыва, и были обнаружены камерой ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) и спектрометром ближнего инфракрасного диапазона (NIRSPec) космического телескопа JWST.

Область скопления Пандоры (Abell 2744), в которой проводил наблюдения «Джеймс Уэбб». Источник изображения: NASA

Открытие сделано благодаря эффекту гравитационного линзирования. Несмотря на всё совершенство телескопа «Джеймс Уэбб», у него есть свои пределы. Учёные выбрали для детального изучения зону вокруг массивного галактического скопления Abell 2744 примерно в 3,5 млрд световых лет от Земли. Тесное скопление галактик настолько сильно искажает пространство-время вокруг себя, что оно как линза увеличивает свет от объектов, расположенных далеко за ним.

В феврале этого года «Уэбб» провёл 30 часов наблюдений за окрестностями скопления. Были обнаружены десятки тысяч источников света, из которых астрономы отобрали 700 кандидатов на самые далёкие. Последующий спектральный анализ позволил выявить по-настоящему далёкие объекты, подтвердив величину красного смещения для каждого из них.

Наблюдение дало возможность выявить две новые самые далёкие галактики из когда-либо наблюдавшихся нашими учёными. Это объекты UNCOVER z-13 и UNCOVER z-12. Самая дальняя из этих галактик существовала уже примерно через 330 млн лет после Большого взрыва, который произошёл 13,9 млрд лет назад. Она не стала самой дальней, но расположилась на втором месте по удалённости от нас. Галактика UNCOVER z-12 обнаружена чуть позже и стала четвёртой по удалённости из обнаруженных в ранней Вселенной галактик. Подчеркнём, это уже не кандидаты. Это подтверждённые далёкие галактики.

Две новые далёкие галактики, обнаруженные «Уэббом»

Более того, из всех прежде обнаруженных ранних галактики эти две самые большие, что не менее удивительно. Одна из них напоминает «арахис», а вторая — «пушистый шар». Как они образовались так рано и успели вырасти до наблюдаемых размеров — это загадка, которую учёным ещё предстоит разгадать.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» продолжает поставлять удивительные данные, которые пока не поддаются научному объяснению. Новым открытием стало обнаружение очень похожей на Млечный Путь галактики всего через 2 млрд лет после Большого взрыва. Такая спиральная галактика просто не могла оказаться в том месте и в то время, заявляют астрономы. Она просто не успела бы развиться до столь совершенных форм.

Источник изображения: Luca Costantin/CAB/CSIC-INTA

После анализа изображений обсерватории «Джеймс Уэбб» международная группа учёных обнаружила туманное пятно, отдалённо напоминающее галактику. Данные перепроверили в другом диапазоне волн с помощью другого телескопа — «Хаббла». Оказалось, это было изображение спиральной галактики, которой присвоили идентификатор ceers-2112. Измерение величины красного смещения показало, что галактика ceers-2112 обнаружена через 2 млрд лет после Большого взрыва, что ранее представлялось немыслимым.

Галактика на снимках с «Уэбба» и «Хаббла» красуется как уменьшенная копия нашей галактики Млечный Путь. У неё есть все атрибуты так называемой спиральной галактики с перемычкой. Это галактики, из центра которых выходят ровные рукава из множества ярких звёзд и лишь затем завиваются спирали. В хаосе ранней Вселенной просто не успели бы появиться такие тонкие структуры из вещества и звёзд, как до сих пор считала земная наука. «Уэбб» поистине раздвинул горизонты наших знаний (или незнаний) о Вселенной и мире, в котором мы живём.

И хотя теперь, полтора года спустя после начала работы «Уэбба», учёные начали призывать с осторожностью относиться к открытиям этого телескопа в ранней Вселенной, факт остаётся фактом — этот инструмент вскрыл много неизвестного.

Космический телескоп NASA «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope) сделал серию снимков Крабовидной туманности (Crab Nebula) в оптическом и инфракрасном диапазонах. Крабовидная туманность, остаток взрыва сверхновой, расположена на расстоянии 6500 световых лет от Земли. Это космическое образование привлекает внимание астрономов всего мира на протяжении многих лет.

Сравнение Крабовидной туманности в оптическом и инфракрасном (справа) диапазонах / Источник изображения: NASA

NASA сообщает, что ветер, создаваемый пульсаром в сердце туманности, продолжает с огромной скоростью выталкивать облако из газа и пыли наружу. «Чувствительность и пространственное разрешение “Джеймса Уэбба” позволяют нам точно определить состав выброшенного материала, особенно содержание железа и никеля, что может показать, какой тип взрыва произвёл Крабовидную туманность», — отметила Теа Темим (Tea Temim), руководитель исследовательской группы.

На фотографиях, сделанных космическим телескопом «Джеймс Уэбб», впервые удалось запечатлеть излучение космических пылинок. Центральная часть изображения, представленная жёлто-белыми и зелёно-пятнистыми нитями, представляет собой области, где расположены эти пылинки.

Ещё одним аспектом Крабовидной туманности, который удалось изучить при помощи новых изображений, стало её внутреннее функционирование. Фотографии, сделанные «Джеймсом Уэббом», дали более наглядную и подробную картину, чем снимки ранее сделанные космическим телескопом «Хаббл». NASA сообщает, что «Джеймс Уэбб», в частности, способен фиксировать так называемое синхротронное излучение, производимое заряженными частицами, такими как электроны, которые движутся вокруг силовых линий магнитного поля с релятивистскими скоростями. На снимке излучение можно увидеть в виде молочно-дымчатого материала.

Астрономы и учёные продолжат исследование Крабовидной туманности с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» и других средств. В частности, «Хаббл» впервые за более чем 20 лет будет использован для изучения эмиссионных линий этой туманности.

В атмосферах далёких миров и даже Земли присутствуют частички силикатов — минералов, в основе которых есть кварц. В чистом виде кристаллы кварца в атмосфере учёным не попадались, пока не был изучен мир экзопланеты WASP-17b на расстоянии 1300 световых лет от Земли. И только наблюдение с помощью инструментов космического телескопа «Джеймс Уэбб» позволило определить, что в облаках WASP-17b рождаются чистейшие кристаллы кварца.

Кварцевая дымка в раскалённой атмосфере на границе света и тьмы в представлении художника. Источник изображения: NASA

Экзопланета WASP-17b — это так называемый горячий экзоюпитер. Её размеры почти в два раза превышают размеры нашего Юпитера, хотя масса оказалась вполовину меньше газового гиганта из Солнечной системы. Тем самым экзопланета WASP-17b стала одной из самых «пухлых» среди обнаруженных учёными экзопланет такого рода. В этом есть большая удача. У экзопланеты достаточно большая атмосфера, чтобы её можно было изучать в мельчайших деталях. Более того, вокруг своей звезды «пухляш» обращается всего за 3,7 суток. Иначе говоря, атмосфера планеты с высокой периодичностью перекрывает свет домашней звезды, что даёт множество данных для оценки её состава.

Поглощение света звезды на определённых длинах волн несёт информацию о химическом составе и размере частиц в её атмосфере. Ранее телескоп «Хаббл» определил, что в атмосфере WASP-17b присутствуют частицы нанометрового размера. Изучение экзопланеты с помощью прибора MIRI «Уэбба» в среднем инфракрасном диапазоне помогло определить размеры этих наночастиц, которые оказались около 10 нм.

«Мы знали из наблюдений Хаббла [космического телескопа], что в атмосфере WASP-17b должны быть аэрозоли — крошечные частицы, составляющие облака или дымку, но мы не ожидали, что они будут состоять из кварца», — сказал в своем заявлении руководитель исследования Дэниел Грант (Daniel Grant) из Бристольского университета (Великобритания).

Блокирование света на длине волны 8,6 мкм говорит о частицах чистого кварца в атмосфере экзопланеты

Секрет появления кристаллов чистого кварца в атмосфере WASP-17b в том, что её атмосфера чрезвычайно разогрета близкой звездой — там около 1500 °C на ночной стороне (экзопланета всегда повернута к нам одной стороной). Высокая температура и давление, в тысячу раз большее, чем на поверхности Земли, заставляет образовываться кристаллы кварца сразу из газовой среды, минуя жидкую фазу. Наблюдения выявляют кварцевую дымку на границе света и тени. Кристаллы вновь испаряются, когда их переносит ветром на солнечную сторону и возникают при атмосферном движении на тёмную сторону экзопланеты.

Двое астрономов из Нидерландов, Сэмюэл Пирсон (Samuel G. Pearson) и Марк МакКогрин (Mark J. McCaughrean), при изучении снимков туманности Ориона, полученных космическим телескопом «Джеймс Уэбб» (JWST), обнаружили несколько десятков пар объектов, сопоставимых с планетой Юпитер. Объяснить формирование таких пар в этой области современная наука не в силах.

Туманность Ориона. Источник изображений: esa.int

Туманность Ориона — светящееся облако из пыли и газа, одна из самых ярких туманностей на ночном небе, располагается в области меча в созвездии Ориона. Она находится на расстоянии 1300 световых лет от Земли и представляет большой интерес для астрономии, потому что здесь находится множество объектов для изучения: протопланетные диски вокруг молодых звёзд и коричневые карлики — объекты, занимающие промежуточное положение между планетами и звёздами.

Учёные решили более подробно изучить скопление Трапеция Ориона. Это молодая область звездообразования возрастом около 1 млн лет. Помимо звёзд они обнаружили здесь и коричневые карлики, слишком маленькие, чтобы в их ядрах запустился процесс термоядерного синтеза — их масса составляет менее 7 % от солнечной. В поисках других маломассивных изолированных объектов учёные нашли то, чего никогда не видели — пары планетоподобных объектов с массами от 0,6 до 13 масс Юпитера. Учёные назвали такие пары JuMBO (Jupiter Mass Binary Objects — «Двойные объекты массой Юпитера»).

Астрономы зафиксировали 40 пар объектов JuMBO и две тройные системы, и все отличаются очень большими орбитами вращения вокруг друг друга. Расстояния между объектами в таких парах оказались примерно в 200 астрономических единиц, то есть в 200 раз больше расстояния между Землёй и Солнцем. На полный оборот одного объекта вокруг другого на этой орбите уходят от 20 тыс. до 80 тыс. лет. Температуры объектов колеблются в диапазоне от 537 °C до 1260 °C, а их возраст составляет около 1 млн лет. Для сравнения, Солнечной системе 4,57 млрд лет.

Звёзды формируются под действием гравитационных сил из облаков газа и пыли. Этот процесс продолжается, и вокруг звёзд образуются диски, из которых впоследствии формируются планеты. Но никакие существующие теории не объясняют механизма происхождения объектов JuMBO, а также их массового появления в туманности Ориона. Они могут напоминать планеты-изгои — объекты планетарной массы, которые свободно путешествуют в космосе, не относясь ни к какой звёздной системе. Но и многие из планет-изгоев сначала вращаются вокруг звёзд, а затем выбрасываются. И очень трудно объяснить, каким образом они выбрасываются из звёздных систем сразу парами, оставаясь гравитационно связанными друг с другом.

До начала работы обсерватории «Джеймс Уэбб» считалось, что в той части Вселенной, возраст которой меньше 6 млрд лет, очень мало дисковых галактик, о чём говорили наблюдения с помощью телескопа «Хаббл». «Уэбб» изменил это мнение, обнаружив дисковые галактики едва ли не до времён зарождения Вселенной, что заставит учёных переписать теории эволюции звёзд, галактик и мироздания в целом.

Источник изображения: Pixabay

Первый год наблюдений с помощью «Уэбба» открыл существование на порядок большего числа дисковых галактик, примером которых может служить наш Млечный Путь, чем это было сделано с помощью «Хаббла». Дисковые галактики во всём их многообразии считаются устоявшимися образованиями, тогда как в ранней Вселенной теснота и частые столкновения галактик должны были сеять хаос и порождать причудливые галактические массивы. «Уэбб» же вместо повсеместного хаоса обнаружил в ранней Вселенной неожиданно много дисковых галактик вплоть до самых ранних этапов её развития.

Примеры дисковых галактик, обнаруженных «Уэббом» в ранней Вселенной. Источник изображения: University of Manchester

Кристофер Конселис (Christopher Conselice), профессор внегалактической астрономии Манчестерского университета, сказал: «Используя космический телескоп "Хаббл", мы считали, что дисковые галактики практически не существуют до тех пор, пока возраст Вселенной не достигнет шести миллиардов лет. Новые результаты JWST отодвигают время формирования этих галактик, подобных Млечному Пути, практически к началу существования Вселенной».

Сравнение изображений с «Хаббла» и «Уэбба»

Данных по ранним галактиками становится всё больше и новая работа, опубликованная на днях в Astrophysical Journal, добавляет к ним серию наблюдений по дисковым галактикам с возрастом от 3 до 6 млрд лет после Большого взрыва. По мнению исследователей, это еще один признак того, что галактические структуры во Вселенной формировались гораздо быстрее, чем кто-либо предполагал. Это же наблюдение заставляет по-новому взглянуть на роль и свойства тёмной материи, которая считается цементом для удержания звёзд и вещества в галактических структурах. Настало время переписать теории эволюции Вселенной, резюмируют авторы исследования.

Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» заглядывает не только во времена юности Вселенной. Она поможет также узнать секреты многих уголков нашей родной Солнечной системы. Свежим примером стало наблюдение за спутником Юпитера — Европой, под ледяным щитом которой плещется солёный океан. «Уэбб» ответил на один из ключевых вопросов для оценки вероятности появления жизни на Европе: есть ли на ней углерод и откуда он там взялся?

Источник изображений: NASA

Наблюдение за Европой с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона NIRCam и спектрометра NIRSpec позволили идентифицировать места скопления замороженного углекислого газа (CO₂). Разрешение спектрометра составляет 320 × 320 км на пиксель. Этого оказалось достаточно, чтобы анализ показал сосредоточение кристаллического вещества CO₂ преимущественно в двух областях на Европе: в регионах Тара и Повис (Tara и Powys). И это решает всё: отвечает на вопрос, откуда там появился углекислый газ и может ли быть биологическая жизнь в подлёдном океане малой планеты.

Регионы Тара, Повис и другие на Европе относятся к так называемым видам рельефов, как хаос. Это регионы без чётко определённой структуры поверхности — буквально хаотическое нагромождение всего на всём. На Европе такие регионы возникают в местах предполагаемых мегаполыней, где подлёдный океан тем или иным образом контактирует с внешней средой. Тем самым учёные делают заключение, что углерод попал на поверхность скорее из океана, а не из космоса на кометах или астероидах. В океане углекислый газ мог возникнуть в процессе разложения органики или в ходе иных химических процессов. В любом случае — это повышает шансы когда-нибудь обнаружить в водах океана Европы биологическую жизнь.

Первое слева изображение сделано инфракрасной камерой, все последующие — спектрометром (CO₂ показан белым)

К сожалению, в ходе этих кратковременных наблюдений за Европой учёным не удалось обнаружить бьющих из недр спутника газовых шлейфов или гейзеров. Признаки активного газового обмена — плюмы — ранее были замечены в наблюдениях «Хаббла» за Европой. «Уэббу» с этим не повезло, что наводит на мысль, что плюмы на Европе возникают лишь в определённых ситуациях.

До конца прояснить вопрос с существованием биологической жизни на Европе поможет только бурение и прямой доступ к его океану. Но до этого ещё очень и очень далеко. Больше ясности появится после 2030 года, когда над Европой начнёт кружить автоматическая станция NASA Europa Clipper. Запуск аппарата ожидается в октябре 2024 года. Научная миссия станции начнётся в 2030 году в ходе множества близких пролётов над поверхностью этого спутника Юпитера.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) запечатлел два огромных потока вещества, которые производит будущая звезда, известная как «Объект Хербига — Аро 211». Объект расположен в 1000 световых лет от Земли, а его масса составляет всего 8 % от солнечной. Снимок был сделан ещё 28 августа 2022 года.

Объекты Хербига — Аро представляют собой участки туманностей, связанные с молодыми звёздами. Выбрасываемое ими с огромной скоростью вещество вступает во взаимодействие с близлежащими облаками газа и пыли, порождая яркое свечение. На снимке данного объекта идентифицированы оксид углерода, оксид кремния и молекулярный водород. Изучившие снимок астрономы отметили, что в выбросах вещества почти не видно следов атомной или ионизированной эмиссии: ударным волнам объекта, вероятно, не хватает энергии, чтобы разрывать молекулы.

Ближайшие к протозвезде области потока вещества движутся со скоростью от 80 до 100 км/с. «Узловатые и извивающиеся» фрагменты вещества, как уточнили учёные Института исследований космоса с помощью космического телескопа (STScI), — это монооксид кремния. Высокое разрешение «Джеймса Уэбба» в инфракрасном и ближнем инфракрасном диапазонах позволяют подробно рассмотреть объект сквозь окружающие его газ и пыль. Впрочем, у него ещё остались свои тайны: протозвезда в ядре объекта может оказаться двойной — возможно, разобраться в этом помогут его дальнейшие наблюдения.