Институт исследований космоса с помощью космического телескопа (STScI) объявил об утверждении программы второго года общих наблюдений с помощью обсерватории «Джеймс Уэбб». Из 1600 поданных с начала года заявок отобрано 249, рассчитанных на 5000 часов прямой работы телескопа и 1215 часов параллельных наблюдений. Выбор сбалансирован по широкому спектру научных тем — от астероидов и экзопланет до космологии.

Источник изображения: NASA

Всего заявки на наблюдения подавало более чем 5450 учёных из 52 стран, включая США, страны-члены ЕКА (Европейского космического агентства) и Канаду. Заявки охватывали все темы астрономии и астрофизики — от тел Солнечной системы, экзопланет, остатков сверхновых и сливающихся нейтронных звёзд до близких и далёких галактик, сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик и крупномасштабной структуры Вселенной. В совокупности поданные заявки потребовали бы более 35 000 часов работы телескопа, что значительно превышает выделенные 5000 часов работы обсерватории.

Отбор заявок методом двойного анонимного экспертного обзора (DAPR) проводили 225 приглашённых экспертов, а также 350 членов Комитета по распределению рабочего времени телескопов и команды «Джеймса Уэбба» в STScI и NASA. Метод DAPR был введён в 2016 году и подразумевает, что эксперты ничего не знают о подающих заявки учёных и учёные не знают, кто занимается отбором и по какой теме. Утверждается, что это сразу возымело эффект. Например, выросло число одобренных заявок от руководителей-студентов и женщин.

Кроме общих часов, наблюдения второго года будут включать 12 больших финансируемых властями программ общей длительностью 1650 часов. Из примерно 5000 часов общих наблюдений 48 % времени будет отдано малым программам (менее 25 ч), 35 % — средним (от 25 до 75 ч) и 17 % крупным (более 75 ч). Отобранные заявки были подготовлены более чем 2088 исследователями из 41 страны, включая 38 штатов и территорий США, 14 стран-членов ЕКА и 6 провинций Канады. Десять процентов заявок подготовлены возглавляющими свои проекты студентами.

Первый год наблюдений «Джеймса Уэбба» был насыщен открытиями. Новый год обещает оказаться ещё более интересным. Год спустя учёные намного лучше понимают, чего можно ждать от нового телескопа и как его лучше использовать.

Используя приборы телескопа «Джеймс Уэбб», учёные изучили атмосферу далёкой экзопланеты необычным способом. Инопланетный мир оказался покрыт плотным туманом, дымкой или облаками. Это могла быть планета-океан, и таких может быть множество во Вселенной.

Экзопланета GJ 1214 b в представлении художника. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

Исследователи направили телескоп в сторону экзопланеты GJ 1214 b. Это так называемый мининептун — планета промежуточной массы между Нептуном и Землёй. Наши наблюдения показывают, что это один из самых распространённых из зарегистрированных на сегодня типов экзопланет. Система красного карлика GJ 1214 находится в 40 световых годах от нас и была изучена ранее. Об атмосфере GJ 1214 b также было известно, что она парообразная. Однако состав атмосферы в целом был неизвестен. «Уэбб» помог собрать больше данных по атмосфере этой экзопланеты и сделал это необычным образом.

Обычно подсказку о химическом и физическом составе атмосферы экзопланеты мы получаем транзитным способом, когда планета проходит по диску своей звезды и часть спектра её света поглощается атмосферой. По провалам в спектральных линиях мы можем узнать, какими газами богат воздух экзопланеты. В случае наблюдения за GJ 1214 b приборы «Уэбба» использовались для фиксации температуры планеты в течение её полного орбитального периода, благо она делает полный оборот вокруг своего «солнца» всего за 1,6 суток.

Выяснилось, что разница между температурами на дневной и ночной сторонах экзопланеты очень большая: днём она достигала 279 °C, а ночью — 165 °C. Подобная разница возможно только в том случае, если в атмосфере преобладают тяжёлые молекулы, например, воды или метана. Нюанс в том, что звезда-хозяин бедна на такие элементы и экзопланета, скорее всего, сформировалась вдали от неё и приближалась к ней постепенно.

Учёные предполагают, что GJ 1214 b могла сразу сформироваться как мир, богатый водой и льдами — как водный мир. Это дало ей впоследствии парообразную атмосферу. Это те кусочки головоломки, которые помогут в итоге сложить более полную картину об одних из самых часто встречающихся во Вселенной экзопланет. Без инструментов «Уэбба» подобное наблюдение сделать было невозможно. И оно будет не единственным. Только так можно будет увидеть всю картину целиком.

Ближайшая к нам молодая звезда Фомальгаут своим ярким сиянием тысячелетиями завораживала наших предков и не могла оставить равнодушными современных астрономов, вооружённых передовыми телескопами. Это позволило ещё в 1983 году обнаружить вокруг звезды пылевое кольцо наподобие нашего пояса Койпера, но в два раза больше. Учёные не могли упустить случая рассмотреть инопланетный пояс астероидов с помощью «Джеймса Уэбба» и сильно удивились увиденному.

Источник изображения: NASA, ESA, CSA

Полученная «Уэббом» картинка системы Фомальгаута показала наличие там сложной внутренней структуры пылевых колец, кроме обнаруженного там ранее внешнего пояса. «Уэбб» работает в инфракрасном диапазоне и способен в деталях наблюдать нагретые тела и области. Исследователи были очень удивлены, когда увидели сильную неоднородность в структуре внутреннего пылевого диска.

«Рассматривая узоры в этих кольцах, мы можем сделать небольшой набросок того, как должна выглядеть планетная система, как если бы мы могли сделать достаточно детальный снимок, чтобы увидеть предполагаемые планеты», — сказал Андраш Гаспар (András Gáspár) из Аризонского университета в Тусоне и ведущий автор новой статьи, описывающей эти результаты.

Вскоре после образования планет в системе остаётся ещё много пыли и каменных тел различного размера — астероидов и зародышей планет. Всё это лежит, в основном, в плоскости огромного диска из пыли и камней, среди которых вращаются планеты. По сути, это оставшийся после образования планет мусор. Планеты как самые массивные тела на своих орбитах своей гравитацией формируют пояса астероидов, что издали выглядит как ярко выраженное кольцо на «мусорном» диске из пыли и камней.

Именно такую структуру впервые в системе Фомальгаута помог обнаружить «Уэбб» и, как уверены учёные, эта же методика поможет обнаружить внутренние пылевые кольца в других системах, что даст представление об их планетарных структурах даже без прямого обнаружения экзопланет.

Попутно «Уэбб» разгадал прошлую загадку — якобы обнаруженную «Хабблом» во внешнем пылевом кольце экзопланету. Это образование стало ещё больше с прошлого наблюдения, что заставляет предположить, что это последствия столкновения крупных астероидов с последующим разлётом обломков. Это оказалась не экзопланетой, а расширяющимся взрывом после столкновения.

Облако пыли, которое раньше ошибочно приняли за планету

Представленная работа с анализом структуры пылевого кольца системы Фомальгаута подана для публикации в престижном журнале Nature, но ещё не прошла рецензирование и не дошла до печати.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) обнаружил в атмосфере планеты в другой звёздной системе признаки водяного пара — если это действительно так, это первый случай его обнаружения в атмосфере каменистой экзопланеты. Но пока есть причины сомневаться в достоверности открытия.

Источник изображения: nasa.gov

Существование жизни на других планетах — один из важнейших научных вопросов, и у «Джеймса Уэбба» есть инструменты, способные помочь с поиском ответа на него. Одним из важнейших условий обитаемости планеты является водяной пар — ранее космический телескоп уже обнаруживал его признаки на экзопланетах, но то были подобные Юпитеру газовые гиганты, лишённые твёрдой поверхности для поддержания (в буквальном смысле) жизни. Возможно, пар впервые выявлен на каменистой планете.

Эта планета под названием GJ 486 b расположена в 26 световых годах от Земли. Она примерно на 30 % крупнее и в 3 раза массивнее нашей планеты. Однако, помимо более сильной гравитации, она имеет ещё одно значительное отличие от Земли: эта планета расположена очень близко от своей звезды и находится в состоянии приливного захвата — её гипотетическому посетителю придётся выбирать между вечными днём или ночью, а температура на поверхности составляет около 430 °C.

По всей вероятности, для жизни GJ 486 b непригодна, но и в этом случае обнаружение водяного пара на ней имеет большое значение: это было бы первое его открытие на каменистой планете, а её особенности указывают на способность планет удерживать атмосферу даже при постоянном воздействии излучения своей звезды. Признаки водяного пара были обнаружены при прохождении планеты перед звездой, поэтому существует вероятность, что соответствующий сигнал был получен не от планеты, а от пятен на поверхности звезды, хотя свидетельств их присутствия астрономы, по их утверждению, не обнаружили.

К счастью, инструментарий «Джеймса Уэбба» достаточно обширен, чтобы проверить эту гипотезу. В частности, прибор Mid-Infrared Instrument (MIDI) поможет обнаружить самую горячую точку на планете: в отсутствие атмосферы она должна быть в центре дневной стороны, а если атмосфера всё-таки есть, то тепло в ней циркулирует, и самая горячая точка будет в другом месте.

В NASA сообщили, что космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» потеряла чувствительность в конце диапазона наблюдений — в области среднего инфракрасного диапазона. Это было обнаружено в апреле при проведении планового обследования и калибровки научных приборов. Проблема пока никак не решена и требует проверок, симуляций на макете и осмысления. Иначе говоря — времени.

Проблемы обнаружены в четвёртом канале спектрометра MRS. Источник изображения: NASA

Телескоп «Джеймс Уэбб» имеет 17 режимов наблюдения. Все они подлежат регулярной проверке и калибровке. В частности, полученные приборами телескопа данные сравниваются с надёжно подтверждёнными характеристиками, полученными другими обсерваториями. Проведённое в апреле сравнение яркости стандартных звезд с яркостью, полученной прибором «Уэбба» в среднем инфракрасном диапазоне (MIRI), выявило несоответствие в данных.

Последующий анализ спектрометра среднего разрешения (MRS) инструмента MIRI показал, что на самых длинных волнах пропускная способность, или количество света, которое в конечном итоге регистрируется датчиками MIRI, снизилась с момента ввода прибора в эксплуатацию в прошлом году. Все другие режимы работают без изменений в настройках. Получение изображений прибором MIRI тоже происходит без видимых последствий неисправности. Остальные приборы «Уэбба» также остаются незатронутыми проблемой.

Возможности прибора (спектрометра) MRS

Команда NASA и партнёры проекта начали составлять пошаговый план для решения проблемы. Плановым наблюдениям это мешать не будет. Более того, будет собрана дополнительная информация о проблеме. После полного и чёткого понимания возникшей аномалии будут предложены меры по её устранению или смягчению. Например, при съёмках в «пострадавшем» диапазоне можно будет использование немного более длинные экспозиции для увеличения соотношения сигнал/шум.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) получил изображение объекта Arp 220 — это ультраяркая инфракрасная галактика, светимость которой составляет более триллиона солнечных. Для сравнения, у нашей галактики Млечный Путь этот показатель составляет 10 млрд солнечных.

Источник изображения: nasa.gov

Столкновение двух спиральных галактик, в результате которой возникла Arp 220, началось около 700 млн лет назад. Расположенная в 250 млн световых лет и наблюдаемая в созвездии Змеи Arp 220 является 220-м объектом в Атласе пекулярных (не относящихся ни к одному из классов в последовательности Хаббла) галактик Хэлтона Арпа (Halton Arp). Это ближайшая к Земле ультраяркая инфракрасная галактика и самое яркое из трёх ближайших столкновение галактик.

Начало столкновения двух спиральных галактик вызвало взрыв звездообразования. В плотной области космической пыли размером 5000 световых лет оказались около 200 крупных звёздных скоплений. Количество газа в этой области сравнимо с количеством газа во всём Млечном Пути. В ходе наблюдения за объектом через радиотелескоп было выявлено около сотни остатков сверхновых в области менее 500 световых лет. Космический телескоп «Хаббл» (Hubble) помог установить, что ядра сливающихся галактик находятся на расстоянии 1200 световых лет друг от друга. У каждого из них есть кольцо звездообразования, испускающее сильное инфракрасное излучение, а оно, в свою очередь, отметилась на снимке дифракционными лучами.

В периферийной части области слияния синим цветом отмечено вещество, которое вытягивается из галактик под действием гравитационных сил. Красно-оранжевым цветом указаны пронизывающие Arp 220 потоки и линии органических соединений. Наблюдение за объектом производилось установленными на «Джеймсе Уэббе» камерой ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) и прибором среднего инфракрасного диапазона (MIRI).

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) 11 октября 2022 года в течение 20 часов производил наблюдение участка под названием «Сверхглубокое поле Хаббла» (Hubble Ultra-Deep Field — HUDF) и предоставил его изображение в нескольких диапазонах с длинами волн от 1,8 до 4,8 мкм.

Источник изображений: nasa.gov

Изображение было получено камерой ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) на «Джеймсе Уэббе» в десять раз быстрее, чем это около 20 лет назад сделали приборы на «Хаббле» (Hubble). Снимок с фильтром 1,8 мкм (F182M) обозначен синим, 2,1 мкм (F210M) — зелёным, 4,3 мкм (F430M) — жёлтым, 4,6 мкм (F460M) — оранжевым и 4,8 мкм (F480M) — красным.

Астрономы отметили на снимках области горячего ионизированного газа, где формируются звезды, и области, где они уже были сформированы. Эта информация чрезвычайно важна для учёных, которые до сих пор не описали всех механизмов формирования галактик. С новой аппаратурой процесс съёмки занял менее суток, и этого хватило, чтобы начать собирать новую картину эволюции галактик на ранних этапах развития Вселенной.

На изображении выше приведены снимки одной и той же области, сделанные «Хабблом» и «Джеймсом Уэббом». Первый был получен за 11,3 суток, а второй — за 0,83 суток. В некоторых областях изображения «Джеймса Уэбба» проявились галактики, не попавшие на первый снимок.

Фильтры NIRCam охватывают короткие диапазоны, обеспечивая таким образом достаточно высокую точность при наблюдениях и помогая учёным лучше разобраться в истории формирования звёзд и галактик, в том числе и в эпоху реионизации, когда нейтральный газ начал превращаться в ионизированную плазму. Получается своего рода гибрид между спектроскопией и визуальными наблюдениями, благодаря чему учёные могут отмечать галактики, сформировавшиеся, когда Вселенной было около миллиарда лет, то есть к окончанию эпохи реионизации.

Среди целого ряда целей для изучения в списке космической обсерватории «Джеймс Уэбб» (James Webb) значатся остатки сверхновых. Всё, что мы видим вокруг и из чего состоим сами, — всё рождено в звёздах. Каждый атом нашего тела когда-то был рождён звездой, и некоторые атомы были выброшены во Вселенную во взрывах сверхновых. В этих процессах остаётся много неизвестного земной науке, и «Джеймс Уэбб» стал инструментом для их познания.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, D. D. Milisavljevic (Purdue)

Сверхновая в созвездии Кассиопея вспыхнула 340 лет назад. Это самые молодые остатки события такого рода в нашей галактике. Размеры остатков Cas A простираются на 10 световых лет и удалены от нас на 11 тыс. световых лет. Поскольку событие случилось сравнительно недавно, рассмотрение объекта — отличный способ узнать о характере, направлении и интенсивности разлёта остатков. Сверхчувствительные инфракрасные приборы «Уэбба» позволяют в деталях рассмотреть структуру газа и пыли после события и воссоздать историю звезды даже до момента её взрыва.

Остатки Кассиопея А ранее широко изучались рядом наземных и космических обсерваторий, включая рентгеновскую обсерваторию NASA «Чандра». Эти данные, полученные на разных длинах волн, были объединены с данными «Уэбба» для воссоздания детальной картины происшествия. Добавим, все изображения с «Уэбба» получены в невидимом для человеческого глаза диапазоне, и поэтому для общего использования и эстетики они специально раскрашиваются. По мере повышения частоты электромагнитного излучения объекта ему присваивают цвета от красного до синего.

На полученном «Уэббом» снимке Cas A сверху и слева по границам картинки мы видим завесы из материала оранжевого и красного цвета, рождённые излучением тёплой пыли. В этих областях выброшенное звездой вещество сталкивается с окружающим околозвездным газом и пылью. Ярко светящееся вещество звезды в виде пестрых нитей ярко-розового цвета лежит чуть глубже остывающей пыли и выделяется благодаря свечению смеси различных тяжелых элементов, таких как кислород, аргон и неон и других.

Во внутреннем пространстве объекта выделяется петля зелёного цвета, проходящая от центра к правому краю. В ней много пузырьков, природу которых учёные пока объяснить не могут, но отчаянно пытаются. Детальный разбор этого изображения — шанс приблизиться к пониманию происхождения космической пыли в межзвёздном пространстве. Её неожиданно много даже в молодых галактиках. Сверхновые — это один из предполагаемых источников космической пыли во Вселенной, но до конца этот вопрос так и не решён. Наблюдение за Cas A с помощью «Уэбба» позволит пролить толику света на эту загадку.

«Понимая процесс взрыва звёзд, мы читаем свою собственную историю происхождения», — говорят астрономы.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США прислал свежий снимок планеты Уран — ледяного гиганта Солнечной системы. На представленном снимке отчётливо видны кольца Урана и некоторые спутники планеты.

Источник изображений: NASA / ESA / CSA / STScI / J. DePasquale (STScI)

Уран является седьмой планетой от Солнца, и он действительно уникален. Планета вращается «лежа на боку» — экватор повёрнут к плоскости орбиты почти на 98 градусов. Этим обусловлены экстремальные климатические условия, ведь полюса Урана в течение многих лет находятся под солнечным светом, а затем на столь же длительный период погружаются в полную темноту. Период обращения Урана вокруг Солнца занимает 84 года. В настоящее время на северном полюсе, который попал в объектив космической обсерватории, идёт поздняя весна, а лето наступит в 2028 году.

Новое изображение Урана получено с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона NIRCam, которая размещена в конструкции «Джеймса Уэбба». На полученном изображении планета имеет голубой оттенок. Изображение раскрывает некоторые особенности динамичной атмосферы планеты. На правой стороне Урана на полюсе, обращённом к Солнцу, есть область повышенной яркости, которую называют полярной шапкой. Она является уникальной, поскольку появляется только в период, когда на эту область попадают прямые солнечные лучи.

Осенью полярная шапка исчезает и учёные надеются, что полученные в ходе наблюдения данные помогут узнать больше об этом феномене. На краю полярной шапки можно рассмотреть яркое облако, а также несколько протяжённых объектов сразу за краем шапки. Второе яркое облако видно у левого края лимба планеты. Такие облака типичны для Урана и, вероятно, связаны с грозовой активностью. Планета характеризуется как ледяной гигант из-за своего химического состава. Считается, что большую часть массы планеты составляет горячая плотная жидкость из «ледяных» материалов, таких как вода, метан и аммиак.

Уран имеет 13 известных колец, 11 из которых видны на представленном снимке. Некоторые из них получились настолько яркими, что может показаться, как будто они сливаются в одно широкое кольцо. В дополнение к этому в поле зрения космической обсерватории попали многие из 27 известных спутников Урана. Шесть наиболее ярких спутников выделены на представленном NASA снимке.

Во вторник в журнале Nature Astronomy вышла прошедшая рецензию статья, которая утвердила статус самой древней из наблюдаемых галактик. Объект JADES-GS-z13-0 образовался через 320 млн лет после Большого взрыва. На нынешнем отрезке жизни Вселенной это всего 2 % от её существования. Открытие бросает вызов нашему чёткому пониманию эволюции звёзд, галактик и даже самой Вселенной.

Источник изображения: Robertson et al., Nature Astronomy, 2023

Галактика JADES-GS-z13-0 и три других подобных объекта в ранней Вселенной были обнаружены летом прошлого года в первых обзорах космической обсерватории «Джеймс Уэбб». Это были фотометрические обзоры, которые не позволяют оценить истинное расстояние или, если угодно, возраст галактик. Об удалённости светящихся объектов во времени говорит их спектр. Точнее, анализ линий спектра молекулярного водорода и поиск так называемого предела Лаймана (длина волны 91,15 нм). Спектр обрывается на этой границе, и это служит точкой отсчёта для вычисления величины красного смещения объекта и его удалённости от нас.

Учёные из международной группы астрономов использовали инфракрасные спектрографы «Джеймса Уэбба» для вычисления красного смещения четырёх галактик в ранней Вселенной: JADES-GS-z10-0, JADES-GS-z11-0 и JADES-GS-z12-0 и JADES-GS-z13-0. И если до этого все четыре галактики были кандидатами в своей категории, то после спектрального анализа и публикации статьи они стали тем, чем являются — первые три галактики находятся на отрезке менее 450 млн лет после Большого взрыва и их красные смещения, соответственно, равны 10,38, 11,58 и 12,63, а четвёртая и вовсе рекордсмен!

Самой далёкой от нас стала галактика JADES-GS-z13-0 со смещением 13,2 или обнаруженная через 320 млн лет после Большого взрыва. Прежний рекорд был установлен в наблюдениях «Хаббла» — галактика GN-z11 со смещением 10,95 или на этапе 400 млн лет после Большого взрыва.

Также изучение всех четырёх объектов показало, что они имеют массы примерно 100 млн солнечных масс, что для первых галактик нормально. Наш Млечный Путь, например, имеет массу 1,5 трлн солнечных масс. При этом в юных галактиках происходит активное звездообразование (относительно их масс) — каждый год там рождается примерно по три звезды массы Солнца. Кроме того, как положено юным галактикам, они бедны на металлы или на химические вещества тяжелее гелия.

В принципе, открытие галактик в такой ранний период эволюции Вселенной крайне познавателен, но не столь необычен. Необычность, которая бросает вызов нашим знаниям о Вселенной, в том, что таких объектов много больше и они более активны, чем считалось ранее. Тот же «Джеймс Уэбб» обнаружил чуть позже шесть очень массивных галактик в ранней Вселенной, где им быть в теории не положено, но они там есть.

Всего час наблюдений «Джеймса Уэбба» за галактикой в ранней Вселенной помог сделать открытие, которое может стать мостиком к раскрытию одной из загадок в эволюции Вселенной — как и каким образом образовались первые сверхмассивные чёрные дыры, если во время их роста не было необходимых для этого условий. Эволюция чёрных дыр изобилует пробелами, и все новые данные о них имеют особую ценность.

Источник изображения: Pixabay

Открытие сделано при наблюдении за галактикой EGSY8p7 (позже переименована в CEERS_1019), обнаруженной ещё в данных «Хаббла» в 2015 году. Это галактика из ранней Вселенной, примерно в 570 млн лет от Большого взрыва. Удалённость объекта и эффект расширения Вселенной сместили свет от неё далеко в инфракрасную область — это как раз специализация «Джеймса Уэбба».

Первоначально объект EGSY8p7 был интересен учёным по причине ярчайшего проявления эффекта звездообразования. Чувствительные спектрометры «Уэбба» увидели в спектре галактики влияние иных явлений, кроме звездообразования. Оказалось, у EGSY8p7 (CEERS_1019) активное галактическое ядро, что означает наличие там активно растущей сверхмассивной чёрной дыры. Увидеть одновременно оба явления — это оказалось удивительным.

Расчёты показали, что масса чёрной дыры у EGSY8p7 в 10 млн раз превышает массу Солнца. Это относит её к нижнему уровню сверхмассивных чёрных дыр. Это не первый подобный объект в ранней Вселенной. Ранее там были открыты гораздо более крупные чёрные дыры: галактика-квазар J1342+0928, обнаруженная в 690 млн лет после Большого взрыва, имеет сверхмассивную чёрную дыру массой в 800 миллионов Солнц, а чёрная дыра в J0313-1806, обнаруженная в 670 млн лет после Большого взрыва, имеет массу 1,6 млрд Солнц.

В то же время в обоих галактиках-квазарах в спектре доминирует активное ядро, чего нет в случае галактики EGSY8p7. Поэтому она может быть промежуточным этапом в эволюции сверхмассивных чёрных дыр. А ведь «Уэббу» дали только час на совершение этого интересного открытия! Учёные уверены, что вскоре «Джеймс Уэбб» начнёт выдавать такой огромный поток новых данных по этим и другим объектам в ранней Вселенной, что наше понимание об эволюции звёзд и устройства мира перейдёт на новый качественный уровень.

Новые наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» показали, что скалистая планета, вращающаяся вокруг красного карлика TRAPPIST-1, вероятнее всего, не имеет никакой атмосферы. Это лишает учёных надежды на то, что на планете TRAPPIST-1b может обнаружиться биологическая жизнь. Впрочем, в системе имеется ещё шесть землеподобных планет для изучения.

Источник изображения: NASA

Астрономы использовали камеру среднего инфракрасного диапазона Mid-Infrared Instrument (MIRI) телескопа «Джеймс Уэбб» для измерения температуры на планете. Из семи планет системы TRAPPIST-1, планета TRAPPIST-1b размером в 1,4 раза больше Земли, находится ближе всего к местному светилу. Измерения показали, что дневная температура на планете составляет 230 градусов по Цельсию. По мнению астрономов, наличие атмосферы маловероятно, поскольку следов перераспределения света атмосферой или его поглощения углекислым газом или другими веществами не обнаружено. В NASA заявили, что рассчитывали на другие результаты. Некоторые исследователи прогнозировали наличие плотной атмосферы.

Расстояние между TRAPPIST-1b и звездой составляет всего 1/100 от расстояния, разделяющего Землю и Солнце, планета в 40 раз ближе к звезде, чем Меркурий к нашему светилу. Хотя красный карлик светит далеко не так ярко, как Солнце, планета получает вчетверо больше звёздного света, чем Земля. Другими словами, астрономы всерьёз не рассчитывали на наличие жизни ещё до того, как выяснилось, что атмосфера здесь отсутствует. Впрочем, в любом случае речь идёт о большом научном прорыве, поскольку «Джеймс Уэбб» доказал возможность получения подробной информации о столь отдалённом объекте.

Известно, что в системе TRAPPIST-1 имеются как минимум три планеты, имеющие условия для существования воды в жидком виде и в теории способные служить прибежищем для жизни: TRAPPIST-1e, 1f и 1g.

Источник изображения: NASA

TRAPPIST-1 чрезвычайно популярна среди учёных — эта система за исключением Солнечной является самой исследованной по версии NASA. Звезда расположена в 40 световых годах от Солнца. Размер красных карликов подобного типа составляет всего от 0,08 до 0,6 от солнечного, это самый распространённый тип звёзд в Млечном пути. По словам учёных, в нашей галактике находится примерно в 10 раз больше таких звёзд, чем солнцеподобных. При этом 95 % скалистых планет земного размера в Млечном пути, вероятно, вращаются именно вокруг звёзд вроде TRAPPIST-1, поэтому изучение этой звёздной системы может помочь учёным понять, на каких объектах лучшие условия для возникновения жизни.

Предыдущие наблюдения с помощью телескопа «Хаббл» и отправившегося на покой телескопа «Спитцер» не обнаружили следов атмосфер на всех планетах звёздной системы. Тем не менее, учёные не исключают возможности, что на TRAPPIST-1b всё-таки существует очень тонкая атмосфера, которая может отличаться от атмосфер планет Солнечной системы. В июне запланированы новые наблюдения, внимание будет уделяться излучению с другими длинами волн, предлагается наблюдать за большей частью орбиты планеты. Не исключено, что это поможет открыть новые типы атмосферы. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Люди уже научились находить планеты у далёких звёздных систем и определять их размеры, вес и плотность. На очереди анализ атмосфер и поиск признаков биологической жизни. Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» решает последние задачи лучше предыдущих инструментов. Благодаря спектрометрам «Уэбба» наблюдение далёкой экзопланеты VHS 1256 b впервые дало целый спектр показаний по составу воздуха и даже облаков мира из иной системы.

Экзопланета VHS 1256 b в представлении художника. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Ранее астрономы могли получить достоверную информацию по одному из параметров состава атмосферы экзопланеты. «Джеймс Уэбб» сделал это по нескольким показателям. Он не только различил в спектре VHS 1256 b метан, воду, угарный газ и следы углекислого газа, но даже смог распознать в её облаках пыль и песок из силикатных минералов. С некоторой натяжкой можно сказать, что «Уэбб» наблюдал пылевую бурю в инопланетном мире.

Надо сказать, что астрономам повезло с экзопланетой VHS 1256 b. Этот мир сравнительно молодой — ему примерно 150 млн лет и поэтому он горячий. Температура облаков в верхних слоях атмосферы VHS 1256 b достигает 830 °C. Инфракрасные спектрографы обсерватории заточены на работу в таких условиях. Данные принимаются как спектрографом ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec), так и прибором среднего инфракрасного диапазона (MIRI). Если бы атмосфера VHS 1256 b не была бы такой горячей, её спектр можно было бы узнать только в процессе прохождения планеты по диску звезды за счёт прохождения фонового света сквозь атмосферу.

Впрочем, у транзитного метода тоже есть недостаток. Свет звезды сильно затруднил бы получение данных по планете. Коронографы и другие инструменты помогают с этим бороться, но у всего есть предел. И астрономам повезло с VHS 1256 b второй раз. Эта экзопланета вращается настолько далеко вокруг своей звезды, точнее — вокруг пары своих звёзд (это двойная система), что свет звёзд не мешает вести наблюдение. Один оборот VHS 1256 b делает за 10 тыс. лет. Это как если бы Плутон находился в четыре раза дальше от Солнца.

Спектр экзопланеты VHS 1256 b

Наконец, экзопланета VHS 1256 b расположена сравнительно недалеко от нашей системы — примерно на расстоянии 40 световых лет, что позволяет «Уэббу» вести уверенные наблюдения. Телескоп надёжно фиксировал, как облака силикатного песка и пыли поднимались и смешивались с воздушными массами в течение 22-часового местного дня. Экзопланета VHS 1256 b стала первым на сегодняшний день объектом планетарной массы, яркость которого меняется в крайних пределах в течение суток. Можно сказать, что мы впервые наблюдаем погодные явления в инопланетном мире и это действительно впечатляет.

NASA поделилось изображением звезды WR 124, которое получил космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST). Светило располагается в созвездии Стрельца на расстоянии 15 тыс. световых лет от Земли. Наиболее интересной особенностью данной звезды является то, что она находится в процессе, предшествующем превращению в сверхновую.

Источник изображения: nasa.gov

Первое изображение звезды WR 124 телескоп получил в июне 2022 года — этот редкий объект находится в фазе Вольфа — Райе. Такие звезды становятся одними из наиболее крупных и ярких звёзд в ночном небе, и после данной фазы у массивных звёзд следует взрыв сверхновой. По оценкам учёных, масса WR 124 в 30 раз превышает солнечную массу, и к настоящему моменту её потери вещества в десять раз превышают массу Солнца. Со временем выбрасываемый звёздами Вольфа — Райе газ остывает и образует космическую пыль.

Космическая пыль, которая успешно наблюдается в инфракрасном диапазоне, интересует астрономов по ряду причин, и в первую очередь потому, что это важный строительный блок для объектов Вселенной. Он может укрывать формирующиеся звезды и образовывать планеты. На данный момент учёные не располагают убедительной теорией, способной объяснить количество присутствующей во Вселенной космической пыли — её больше, чем предсказывает теория, — и есть вероятность, что новые данные «Джеймса Уэбба» помогут в решении этой задачи.

Пока изучающие космическую пыль астрономы не обладали достаточным объёмом данных, чтобы исследовать особенности её образования в средах вроде WR 124, а также понять, достаточны ли размеры её частиц и её общий объём, чтобы «выжить» при взрыве сверхновой, сохранив статус строительного материала. Результаты прямых наблюдений объекта помогут в дальнейших исследованиях вопроса, пояснили в NASA.

Водород и гелий — первые элементы, возникшие сразу после Большого взрыва. Вся остальная «таблица Менделеева» появилась много позже и была рождена в звёздах в процессе термоядерных реакций. Астрофизики в целом представляют эволюцию химических элементов во Вселенной, но самое лучшее — убедиться в работе теории на практических наблюдениях. «Джеймс Уэбб» даёт такую возможность на новом уровне.

Источник изображения: The Astrophysical Journal Letters

За неполный год наблюдений космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» собрала достаточно данных для анализа множества явлений во Вселенной. Это тем более важно, что самые интересные открытия происходят случайно. Поле зрения телескопов очень маленькое и смотреть сразу во всех направлениях не получается. Приходится едва ли не тыкать пальцем в небо. Совершенно случайно при наблюдении за галактикой NGC 1566 астрономы увидели в одном из её рукавов сверхновую SN 2021aefx типа 1a (углеродно-кислородного белого карлика).

Инфракрасные приборы и спектрометры «Джеймса Уэбба» оказали неоценимую услугу при наблюдении этого объекта. Сверхновая наблюдалась через 200 дней после взрыва, и её слабое послесвечение никогда не могло быть уловлено с Земли. В данном конкретном наблюдении учёные проследили за механизмом превращения изотопа кобальта в изотоп железа. Эти элементы возникают и эволюционируют в процессе жизненного цикла звёзд, и без них не было бы ничего во Вселенной, включая нас с вами. Все атомы, из которых состоит каждый человек на Земле, когда-то были рождены в звёздах и «Джеймс Уэбб» на практике помог подтвердить эту теорию.