Космический телескоп «Джеймс Уэбб» Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США продолжает помогать астрономам исследовать разные объекты Вселенной. На этот раз обсерватория способствовала получению новых данных об объекте NGC 346, который представляет собой эмиссионную туманность с рассеянным скоплением в созвездии Тукан карликовой галактики Малое Магелланово Облако.

Источник изображения: NASA, ESA, CSA

Галактика Малое Магелланово Облако располагается по соседству с Млечным Путём на расстоянии около 200 тыс. световых лет от Солнца. Концентрация элементов тяжелее водорода и гелия, которые астрономы называют металлами, в этой галактике ниже, чем в Млечном Пути. Поскольку космическая пыль преимущественно состоит из металлов, учёные ожидали, что в карликовой галактике её будет немного, но полученные с помощью «Джеймса Уэбба» говорят об обратном.

Астрономы исследовали эту область, поскольку условия и количество металлов в галактике сопоставимы с тем, что можно было наблюдать во многих галактиках миллиарды лет назад, в эпоху Вселенной, которую принято называть «космическим полднем». В этот период звёздообразование достигало своего пика. Примерно через 2–3 млрд лет после Большого взрыва звёзды образовывались в галактиках наиболее интенсивно. Отголоски того фейерверка звёздообразования до сих пор наблюдают учёные.

«Во время космического полдня в галактике не было бы одной подобной NGC 346 области, как в Малом Магеллановом Облаке; в ней были бы тысячи звёздообразующих областей, подобных этой. Но даже если NGC 346 является единственным массивным скоплением, активно формирующим звёзды в этой галактике, это даёт нам возможность исследовать условия, которые были в эпоху космического полдня», — считает Маргарет Мейкснер (Margaret Meixner), астроном Ассоциации космических исследований университетов и глава исследовательской группы.

Наблюдая протозвёзды, находящиеся в процессе формирования, исследователи могут узнать, чем отличается процесс звёздообразования в Малом Магеллановом Облаке от того, что можно наблюдать в нашей галактике. Когда звёзды формируются, они собирают газ и пыль, которые на снимках «Джеймса Уэбба» имеют лентообразную структуру. Газ и пыль являются материалом, который питает центральную протозвезду. Астрономы обнаружили газ вокруг протозвезды в скоплении NGC 346, но наблюдения космической обсерватории в ближнем инфракрасном диапазоне позволили впервые установить наличие космической пыли в этой области.

«Мы видим строительные блоки не только звёзд, но и, возможно, планет. Поскольку Малое Магелланово облако имеет схожую среду, которая была в галактиках во время космического полдня, возможно, каменистые планеты могли формироваться во Вселенной раньше, чем предполагалось ранее», — считает один из авторов исследования Гвидо де Марчи (Guido De Marchi).

Столкновения галактик порождают гигантские ударные волны, что приводит к массе интересных явлений вплоть до запуска звездообразования и рождения новых галактик. Самым ярким таким объектом во Вселенной стала группа из пяти галактик Квинтета Стефана, которая не случайно попала на один из первых снимков «Джеймса Уэбба». В этой группе галактик происходят уникальные процессы, которые могут много рассказать об эволюции звёзд и галактик.

Три области детального исследования турбулентности межзвёздного газа. Источник изображения: ALMA, M. Weiss

Строго говоря, в группе галактик Квинтет Стефана тесно взаимодействуют только четыре галактики. Одна из них — NGC 7318b — влетела в группу на скорости порядка 800 км/с. Столкновение окружающего галактику облака межзвёздного газа с облаком газа другой галактики и всей группы породило ударную волну и вызвало разного рода турбулентности вселенских масштабов.

Судить о завихрениях и потоках межзвёздного газа — преимущественно молекулярного водорода — мы можем по инфракрасным наблюдениям «Джеймса Уэбба». О поведении холодного молекулярного водорода мы узнаём из радионаблюдений. Поэтому эти конкретные исследования были дополнены наблюдениями с помощью массива ALMA или Атакамского большого миллиметрового/субмиллиметрового радиотелескопа. Объединение двух баз данных позволило пролить свет на процессы, которые оставляют больше вопросов, чем дают ответов. И это замечательно! Без новых вопросов продвижения вперёд не будет.

Группа галактик Квинтет Стефана (нажмите для увеличения)

Вызванные распространением фронта ударной волны турбулентности разорвали старые газовые оболочки, что привело к появлению участков, где водород начал активно участвовать в процессах звездообразования. На одном из участков поля изображения, например, учёные разглядели протозвёздные диски и ожидают в этом месте зарождения новой карликовой галактики. Другие участки показывают совсем непонятные процессы, в ходе которых межзвёздный газ прошёл множество циклов нагревания и остывания. Физика такого явления остаётся малопонятной и потребует новых наблюдений.

К счастью, космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» вооружена спектрометрами и сможет нарисовать более полную картину процессов, происходящих в Квинтете Стефана. Спектры нагретого водорода дадут данные о скоростях и векторах его движения. Эта третья составляющая наблюдений объекта обеспечит детали, которые если не полностью, то в значительной степени приоткроют физику явлений и позволят уточнить модели эволюции звёзд и галактик.

Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» снова помогла сделать открытие, которое заставит учёных заново пересмотреть эволюцию галактик. На удалении 11 млрд световых лет (или на этапе 25 % жизни Вселенной) обнаружены галактики, похожие на нашу. Это спиральные галактики с перемычкой, в которых звездообразование идёт наиболее активным образом. Такие галактики легко формируются в поздней Вселенной, и увидеть их так рано стало неожиданностью.

Слева снимок галактики EGS-23205 «Хабблом», справа — «Джеймсом Уэббом». Источник изображений: NASA/CEERS/University of Texas at Austin

Согласно гипотезе, в спиральных галактиках с перемычкой, у которых рукава начинаются не из ядра, а на достаточно большом удалении от него, перемычки служат для перекачки газа к центру галактики. Это порождает на порядок, а то и два порядка большее звездообразование, чем в обычных спиральных галактиках. Довольно далеко от момента Большого взрыва это не удивительно, там достаточно материала для возникновения подобных процессов и объектов, но для ранней Вселенной такое не укладывалось в предложенные модели эволюции.

Группа астрофизиков из Техасского университета в Остине на сделанных «Джеймсом Уэббом» снимках смогла чётко идентифицировать две спиральные галактики с перемычкой на удалении 10,7 (EGS-23205) и 11 (EGS-24268) млрд световых лет от нас. Ранее изображение галактики EGS-23205 было сделано «Хабблом», но на снимке перемычки не проявились. Только полученное «Джеймсом Уэббом» повторное изображение этой галактики позволило без сомнения выделить у неё перемычки.

Снимки шести древних спиральных галактик с перемычкой, включая две новые галактики, ещё более древние

«Джеймс Уэбб» снова дал учёным пищу для ума, а ведь это только первые снимки. Аппарат ещё не делал снимки глубокого поля с экспозицией на несколько суток. Всё это будет в текущем году, который только-только начался. Нас ждёт даже не море, а океан открытий в астрономии.

Телескоп «Джеймс Уэбб» (James Webb) получил новые снимки галактики NGC 7469. Эта галактика с активной чёрной дырой в своём центре расположена идеально для наблюдения — всей своей плоскостью она развёрнута в сторону Земли. Но особенный рождественский шарм снимку придали дефекты изображения, которые вызваны растяжками вторичного зеркала телескопа. Растяжки создали эффект шестилучевой звезды — праздничного навершия рождественского дерева.

Нажмите для увеличения. Источник изображения: ESA/Webb, NASA & CSA, L. Armus, A. S. Evans

Спиральная галактика NGC 7469 удалена от нас на 230 млн световых лет. Ранее этот объект и его компаньона — меньшую по размерам галактику IC 5283 — наблюдал космический телескоп «Хаббл». Вместе обе галактики образуют структуру Arp 298. Они связаны гравитационным взаимодействием и активно влияют друг на друга — воруют вещество и в паре крутят галактическое танго. Наблюдение за этими объектами позволяет увидеть взаимодействие галактик на огромных расстояниях, как и изучить рост сверхмассивных чёрных дыр на примере дыры в центре большего партнёра.

Поскольку «Джеймс Уэбб» оснащён инфракрасными приборами наблюдения, которых нет у «Хаббла», снимок NGC 7469 получился более яркий в центре — там на чёрную дыру падает очень много вещества, что в процессе аккреции выделяет массу энергии, в том числе в инфракрасном спектре.

Источник изображения: «Хаббл», NASA

Расположенная к нам всей плоскостью галактика NGC 7469 позволяет увидеть все зоны звездообразования в ней. В сочетании с возмущениями со стороны меньшей галактики IC 5283 — это идеальный объект для наблюдения за множеством процессов во Вселенной в одном месте. Судя по всему, мы ещё не раз вернёмся к этой паре. А сейчас можно просто сказать: во-первых, это красиво…

Сообщается, что 7 декабря космическая обсерватория James Webb («Джеймс Уэбб») испытала программный сбой и перешла в безопасный режим. Сбой проявился в невозможности управлять ориентацией телескопа в пространстве. Подобная неисправность потенциально грозила самому существованию телескопа, поскольку его постоянно необходимо держать тепловым экраном к Солнцу. Также потеря ориентации вела к прерыванию канала связи с Землёй.

Источник изображения: NASA

Безопасный режим переводит практически всё научное оборудование и ряд вспомогательных устройств обсерватории в определённое стабильное состояние, которое облегчает анализ проблемы. С начала работы обсерватории, которой на днях исполнится год пребывания в космосе, это первый уход в безопасный режим, когда научная работа инструмента фактически была остановлена на несколько дней. За это время ряд научных наблюдений были отменены и будут возвращены в программу наблюдений позже.

За две недели с начала сбоя телескоп несколько раз переходил в безопасный режим и выходил из него. В конце концов, команда инженеров отрегулировала систему управления ориентацией, и 20 декабря телескоп вернулся к научной работе. Все системы обсерватории, как утверждают в NASA, находятся в отличном состоянии.

За свою недолгую историю в космосе телескоп «Джеймс Уэбб» уже испытал две неприятности. В мае в один из сегментов главного зеркала врезался микрометеороид, который нанёс повреждение более сильное, чем ожидалось. В августе обнаружился сбой в приборе MIRI (Mid-Infrared Instrument) — в камере среднего инфракрасного телескопа. Колесо с фильтрами изображения начало заедать при переключении, но эту проблему тоже решили.

Учёные, занятые в программе PEARLS (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science), продемонстрировали изображение области неба, известной как Северный полюс эклиптики. Изображение собрано из снимков, сделанных космическими телескопами «Джеймс Уэбб» (JWST) и «Хаббл» (Hubble).

Нажмите для увеличения. Источник изображения: nasa.gov

Самые тусклые объекты этого снимка имеют примерно 29 звёздную величину — это значит, что они светятся в миллиард раз слабее, чем то, что можно увидеть невооружённым глазом. Камера зафиксировала объекты на участке, составляющем примерно 1/12 от площади полной Луны на небе. Композиция включает восемь снимков, сделанных «Джеймсом Уэббом» на камеру ближнего инфракрасного диапазона с разными фильтрами, а также три снимка, которые получил телескоп «Хаббл» в ультрафиолетовом и видимом свете.

На изображении с беспрецедентной детализацией запечатлены объекты, многие из которых ранее были недоступны ни «Хабблу», ни наземным телескопам, в том числе звезды нашей собственной галактики. Учёные также хотят объединить данные, полученные при съёмке на камеру NIRCam «Джеймса Уэбба» с изображениям прибора NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph), установленного на этой же обсерватории — это поможет точнее оценить расстояние до объектов.

С самого начала научной работы космической обсерватории James Webb («Джеймс Уэбб») стали поступать сообщения об открытии галактик в молодой Вселенной. Открытия посыпались как из рога изобилия, что очень удивило учёных. На этом отрезке развития Вселенной не должно было быть так много звёзд и уж тем более галактик. Древность этих объектов ещё следовало доказать, и «Джеймс Уэбб» помог поставить точку в этом вопросе.

Нажмите для увеличения. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, STScI

Возраст объектов во Вселенной определяется по красному смещению (параметр z). Чем больше величина красного смещения, тем древнее звёзды и галактики. Прямые наблюдения в видимом и инфракрасном излучении не дают гарантии точного определения величины z. Красный спектр звезды вовсе не означает, что она находится на определённом расстоянии от нас. Красным она может светиться, например, по причине особенных ядерных процессов внутри.

Точно определить величину красного смещения звёзд и галактик (по звёздному населению) можно только при анализе спектра. При наблюдении линий спектра молекулярного водорода существует такой маркер, как предел Лаймана (длина волны 91,15 нм). После этого предела спектр обрывается, и по этой отметке можно легко вычислить истинное значение возраста звезды: достаточно наблюдаемые (и поэтому искажённые временем и расстоянием) величины соотнести с этой пограничной отметкой.

Телескоп «Джеймс Уэбб» имеет на борту инструмент для спектрального анализа излучения в ближнем инфракрасном диапазоне (NIRSpec). Этот инструмент позволил точно зафиксировать предел Лаймана для четырёх новых кандидатов в самые древние галактики, обнаруженные во Вселенной. На сбор данных понадобилось трое суток и 28 часов непрерывного сбора света от этих объектов. Самая древняя подтверждённая «Уэббом» галактика имеет величину красного смещения z13,2. Она возникла менее чем через 400 млн лет после Большого взрыва или на отрезке всего в 2 % от сегодняшнего времени существования Вселенной.

Следует сказать, что данная конкретная работа ещё не прошла рецензирования, но уже мало кто из учёных сомневается, что в ранней Вселенной полно и звёзд, и галактик. Новые и новые данные с «Уэбба» наверняка будут подтверждать это, что заставит земную науку задуматься о нашем явно ошибочном представлении об эволюции Вселенной на раннем этапе развития.

Когда астрономы увидели впечатляющие снимки Южной кольцевой туманности (NGC 3132), сделанные телескопом «Джеймс Уэбб», они поняли, что им придётся пересмотреть свои представления об этом объекте Вселенной. Научные инструменты космической обсерватории помогли раскрыть историю формирования одной из самых ярких и близких к Земле планетарных туманностей, сообщили в австралийском университете Макуори.

Источник изображения: NASA / ESA / CSA / STScI

Южная кольцевая туманность расположена на расстоянии около 2 тыс. световых лет от Земли в созвездии Паруса. Она стала одной из первых научных целей космического телескопа «Джеймс Уэбб» и её снимок был представлен общественности в июле этого года. Хотя прежде этот объект был запечатлён телескопом «Хаббл», учёные не имели полного представления об истории его формирования и происхождении. Теперь же, более детальные изображения «Джеймса Уэбба» позволили прояснить этот вопрос.

Южная кольцевая туманность представляет собой планетарную туманность, которая, несмотря на название, не имеет никакого отношения к планетам, являясь продуктом имплозии красного гиганта. Когда у звезды размером несколько больше Солнца в ядре заканчивается водородное топливо, она постепенно превращается в красного гиганта, размеры которого могут быть в сотни раз больше первоначального размера звезды. По мере выгорания гелия и других элементов красный гигант сбрасывает внешние слои, которые впоследствии и образуют туманность, а сам превращается в остывающего белого карлика.

Снимок туманности с помощью инструмента MIRI. Источник изображения: NASA / ESA / CSA / STScI

На снимках «Хаббла» сброшенные слои образуют довольно гладкое кольцеобразное облако, а белый карлик виден как небольшое светлое пятно в центральной части кольца. Он затмевается гораздо более яркой и полностью живой звездой-компаньоном, которая располагается на расстоянии, эквивалентном 1300 расстояниям от Солнца до Земли. Современный телескоп «Джеймс Уэбб» позволил детально рассмотреть этот объект, используя для этого камеру ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam), которая хорошо подходит для наблюдения за более тёплыми объектами, такими как звёзды, и камеру среднего инфракрасного диапазона (MIRI), предназначенной для наблюдения за пылевыми скоплениями.

Именно результаты работы MIRI сразу привлекли внимание учёных. Вместо одной большой и одной малой звезды, о которых было известно по наблюдениям «Хаббла», появились две звезды примерно одинакового размера. Причём звезда, которую учёные считали белым карликом, неожиданно оказалась красной. Учёные поняли, что вокруг белого карлика должно быть холодное пылевое скопление, но известная прежде звезда-компаньон находится на слишком большом удалении, чтобы белый карлик мог как-то влиять на неё. Учёные предполагают, что вблизи белого карлика вращается ещё одна небольшая звезда, которую пока не удаётся рассмотреть. Именно она и выбрасывает пыль, скопления которой наблюдаются вблизи белого карлика.

Снимок туманности с помощью инструмента NIRCam. Источник изображения: NASA / ESA / CSA / STScI

Таким образом, система из двух звёзд превратилась в систему из трёх звёзд, но и на этом сюрпризы не закончились. Дальнейшее изучение данных, получаемых от космической обсерватории, позволило сделать предположение о том, что в системе располагается как минимум ещё одна звезда, но, вероятнее всего, их больше. Одна из невидимых для телескопа звёзд предположительно находится за пылевым облаком, расположенным вблизи белого карлика. Учёных также заинтересовали несколько спиральных структур, которые расходятся от центра туманности и предположительно образовались в результате гравитационных взаимодействий звезды, из которой образовалась туманность, с другими находящимися поблизости объектами.

Учёные считают, что дальнейшее изучение Южной кольцевой туманности поможет воспроизвести процесс формирования этого объекта, а также лучше понять, как образуются планетарные туманности. Это в свою очередь поможет понять, какую роль планетарные туманности играют в процессе формирования материала для будущих планет.

Запущенный в рамках лунной миссии Artemis 1 космический корабль Orion оказался приоритетной задачей для NASA, из-за чего пострадали другие миссии американского космического агентства. В частности, усложнилась связь с телескопом «Джеймс Уэбб» (JWST).

«Селфи» корабля Orion, Луна и Земля. Источник изображений: nasa.gov

Связь с дальними космическими аппаратами NASA осуществляет при помощи системы Deep Space Network, наземная часть которой включает 14 антенн, установленных в Калифорнии, Испании и Австралии. Однако ёмкость этой сети ограничена, и обеспечение необходимого времени для установки сеансов связи со всеми аппаратами оказывается сложной задачей, которую усугубила миссия Artemis 1. Проблему признала глава Комитета пользователей «Джеймса Уэбба» Мерседес Лопес-Моралес (Mercedes López-Morales) в ходе своего выступления на заседании Совета по физике и астрономии Национальной академии наук США 30 ноября: «Летом нам объявили, что когда будет запущена космическая миссия Artemis, она практически полностью займёт Deep Space Network в связи с необходимостью отслеживать космический корабль».

25-дневная миссия стартовала 16 ноября — корабль Orion отправился на лунную орбиту с намерением вернуться 11 декабря. Пока он находится в полёте за пределами низкой околоземной орбиты, операторы вынуждены почти постоянно поддерживать с ним связь, и это серьёзная проблема, потому что «Джеймс Уэбб» и все остальные миссии отошли на второй план. В NASA об этой проблеме знали: некоторые антенны Deep Space Network прошли модернизацию, а в январе 2021 и марте 2022 гг. были добавлены две новые.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб»

Однако эти меры проблему не разрешили: связи с телескопом может не быть до 80 часов, то есть трёх с половиной дней, рассказала госпожа Лопес-Моралес. С одной стороны, причин для паники не так много, продолжила астрофизик, потому что работающие с «Джеймсом Уэббом» учёные отправляют на аппарат команды примерно раз в неделю, и особой угрозы миссии не возникает. Но чтобы обсерватория работала с полной отдачей, у неё должна быть возможность отправлять свои данные домой, и делать это прежде, чем его и без того небольшой накопитель заполнится. И вот это уже проблема: учёные не имеют возможности получать данные в течение продолжительного времени.

В результате из-за миссии Artemis 1 Научный институт космических телескопов в Мэриленде, управляющий «Джеймсом Уэббом» и «Хабблом», был вынужден изменить график наблюдений для первого. Приоритет был присвоен непродолжительным операциям, в результате которых создаются небольшие пакеты данных. Это снижает вероятность того, что SSD аппарата заполнится до того, как появится возможность отправить очередную порцию материалов через Deep Space Network.

Теперь же учёных настораживает мысль о том, что в рамках миссий Artemis планируются и другие запуски, в том числе пилотируемых кораблей — в 2024 году и далее. Поэтому исследователи уже призывают инженеров NASA найти альтернативное решение для выхода из «коммуникационного тупика».

NASA показали снимки облаков и атмосферы спутника Сатурна Титана, сделанные космическим телескопом «Джеймс Уэбб», которые позволят лучше изучить его атмосферу. Этот спутник является одним из самых интересных объектов в Солнечной системе. Зелёно-голубой окрас объекта напоминает Землю, и это единственное место в Солнечной системе помимо нашей планеты, в котором существуют моря, реки и озёра, только вот состоят они не из воды.

Источник изображения: NASA

Единственный мир в Солнечной системе помимо Земли, имеющий плотную атмосферу, также является и единственным планетарным телом в звёздной системе помимо нашей планеты, наделённым морями, реками и озёрами, только состоящими из жидких метана и этана. При этом атмосфера Титана заполнена густым туманом, скрывающим видимый свет, отражающийся от поверхности, что затрудняет изучение спутника, но для «Джеймса Уэбба» это не помеха.

По данным NASA, учёные годами ждали возможности использовать инфракрасные приборы «Джеймса Уэбба» для изучения атмосферы Титана, включая её удивительные погодные условия и газовый состав. Атмосфера Титана чрезвычайно интересна не только из-за метановых облаков и бурь, но и потому, что она может рассказать о прошлом Титана, включая то, всегда ли луна Сатурна имела атмосферу вообще.

Изучив изображения, снятые камерой NIRCam в ближнем инфракрасном диапазоне, учёные смогли установить, что яркое пятно в северном полушарии Титана фактически является большим облаком, а вскоре было обнаружено и второе облако. Выявление облаков является важным событием, поскольку подтверждает прежние компьютерные модели климата Титана, согласно которым облака формируются в середине северного полушария в конце лета, когда поверхность прогрета Солнцем.

Источник изображения: NASA

Позже учёные решили выяснить, двигались ли облака и меняли ли форму — это могло бы помочь изучить движение атмосферы на этой луне. Специалисты NASA связались с наземной Обсерваторией Кека на Гавайях, которая и подтвердила наличие облаков, к тому времени изменивших форму. Эксперты по моделированию атмосферных процессов не смогли подтвердить, что обнаруженные в разные дни облака — одни и те же, зато факт их присутствия служит подтверждением сезонности погодных изменений.

Дополнительно команда получила данные от спектрографа ближнего ИК-диапазона NIRSpec, получающего данные об излучении, недоступном для наземных обсерваторий из-за влияния земной атмосферы. Данные, которые всё ещё анализируются, позволят узнать о составе нижних слоёв атмосферы Титана и его поверхности, а также о том, чем является яркое пятно над южным полюсом.

В мае или июне 2023 года должны появиться дополнительные данные от NIRCam и NIRSpec, а также первые данные от инструмента среднего инфракрасного диапазона MIRI, все они установлены на «Джеймс Уэбб». Данные MIRI позволят изучить дополнительную часть спектра, включая излучение от Титана, ранее не регистрировавшееся в принципе. Это обеспечит исследователей информацией о сложных газах в атмосфере объекта, а также, вероятно, поможет открыть секрет — почему Титан является единственной луной в Солнечной системе, имеющей плотную атмосферу.

Экзопланета WASP-39b, похоже, стала наиболее подробно исследованной планетой за пределами Солнечной системы. Похожий на Сатурн газовый гигант в 700 световых годах от нашей планеты стал объектом исследования недавно введённым в эксплуатацию космическим телескопом «Джеймс Уэбб» (JWST). Новый инструмент позволил астрономам беспрецедентно детально изучить химический состав атмосферы планеты и даже протестировать методы обнаружения внеземной жизни.

WASP-39b в представлении художника //Источник изображения: NASA

Экзопланета WASP-39b вращается вокруг звезды в созвездии Девы и стала известна в конце августа текущего года, когда JWST обнаружил в её атмосфере углекислый газ — впервые в истории изучения космоса за пределами Солнечной системы. Эксперты назвали это прорывным открытием, а теперь, менее чем через три месяца, целая лавина результатов исследований позволила получить массу данных об атмосфере планеты. Информация даже позволяет делать выводы об истории её формирования.

По словам главы участвовавшего в исследованиях немецкого Института астрономии Макса Планка (MPIA) Лауры Крейдберг (Laura Kreidberg), «эти ранние наблюдения стали лишь предвестниками более удивительных научных открытий, которые принесёт с собой JWST». По данным учёной, уже в первых тестах телескоп показал себя даже лучше, чем надеялись исследователи.

Они использовали три из четырёх имеющихся у JWST инструментов для наблюдения за планетой: главную камеру NIRCam и два спектроскопа NIRISS и NIRSpec, способных по спектру определять химический состав небесных тел. Наблюдения показали, что WASP-39b окутана облаками с содержанием серы и силикатов, а свет местной звезды способствует образованию диоксида серы в ходе реакции, напоминающей ту, благодаря которой в атмосфере Земли появляется озон.

Известно, что WASP-39b представляет собой газовый гигант размером с треть крупнейшей в Солнечной системе планеты — Юпитера и движется по орбите на расстоянии всего 4,3 млн км от звезды, в 13 раз ближе, чем находится Меркурий от Солнца. Это делает планету идеальной «лабораторией» для исследования фотохимических реакций.

Источник изображения: Solen Feyissa/unsplash.com

Уровень детализации, обеспечиваемый JWST, даже позволил астрономам узнать, как образовался этот раскалённый мир. По соотношению углерода, калия и серы к кислороду учёные смогли предположить, что гигант сформировался в результате столкновения т.н. планетезималей меньшего размера. Кроме того, более высокое содержание в атмосфере кислорода в сравнении с углеродом в облаках позволяет предположить, что планета изначально сформировалась намного дальше от звезды, чем она находится сейчас.

По данным учёных, данные такого качества полностью меняют правила игры в их сфере. Известно, что учёные смогли даже протестировать методы, которые однажды помогут найти жизнь на других экзопланетах. Результаты наблюдений будут сопоставляться с созданными на Земле моделями. Например, если кислорода на планете больше, чем предсказывает модель, не исключено, что это может служить признаком наличия жизни. Впрочем, из-за близости к звезде жизнь на WASP-39b крайне маловероятна, поскольку температура здесь составляет около 900 градусов по Цельсию.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» позволил заглянуть в такие глубины Вселенной, которые человеческий глаз ещё не видел. и даже не мог вообразить. В той ранней Вселенной оказалась так много звёзд и галактик, что астрономы начинают понимать, как они заблуждались, выстраивая теорию Большого взрыва и эволюции Вселенной. А ведь научная работа «Уэбба» длится всего несколько месяцев.

Источник изображения (нажмите для увеличения): NASA, ESA, CSA, Tommaso Treu (UCLA), Zolt G. Levay (STScI)

С самых первых снимков, полученных телескопом «Джеймс Уэбб», учёные стали открывать кандидатов в самые древние звёзды и галактики. Перво-наперво «Уэбб» получил более чёткое изображение объекта GN-z11 — кандидата в древнейшие галактики, обнаруженного ещё «Хабблом». Объект GN-z11 сформировался примерно через 400 млн лет после Большого взрыва. Затем подобные открытия пошли одно за другим.

Самым ценным наблюдением стало обнаружение кандидата в ранние галактики под именем Maisies, «Мэйси». Если красное смещение этого объекта (z14,3) будет подтверждено спектроскопическими измерениями, а пока этого не сделано ни для одного из кандидатов, то галактика «Мэйси» могла существовать всего через 286 млн лет после Большого взрыва. В это время там должны быть пыль и газ, не говоря о звёздах и, тем более, галактиках. Нет, присутствие отдельных образований вполне согласуются с теорией, но не в том объёме, как это позволяет видеть «Уэбб». Древние галактики буквально повсюду, что никак не объяснить случайной удачей: это как сунуть руку в стог сена и сразу уколоться потерянной в нём иголкой.

В двух свежих работах астрономы сообщили об обнаружении ещё двух кандидатов в древние галактики: одного с красным смещением z10,5 и второго с z12,5. Обнаружены они в скоплении Пандора (Abell 2744), но находятся далеко-далеко позади него. Как и предыдущих кандидатов, увидеть так далеко расположенные объекты помог эффект гравитационного линзирования, когда сверхмассивные объекты на переднем плане (в данном случае — это звёздное скопление) сыграли роль увеличительной линзы для света и увеличили изображение далёких галактик.

Если последующие спектральные измерения подтвердят величины красных смещений для объектов z10,5 и z12,5, то один из них обнаружен через 450 млн лет после Большого взрыва, а второй — через 350 млн лет. Более того, оба кандидата в ранние галактики оказались очень яркими как для своего возраста, так и размера. Они занимают всего несколько процентов от нашей галактики Млечный путь, но по яркости этого не скажешь.

Астрономы пока не готовы назвать причину столь высокой яркости этих объектов. Она зависит от населяющих галактики звёзд. Не исключено, что такая высокая яркость вызвана чрезмерным разогревом звёзд в ранней вселенной, где звёзды в основном состояли из водорода и гелия при почти полном отсутствии более тяжёлых элементов.

Новейший космический телескоп «Джеймс Уэбб» запечатлел потрясающе насыщенное изображение «песочных часов» с молодой протозвездой, скрывающейся в их центре.

Источник изображения: NASA

Необычная структура обнаружена в области звездообразования т.н. Молекулярного облака Тельца. Сама звезда скрыта от телескопов плотным, тёмным облаком из газа и пыли, известным как L1527. Структура заметна только в инфракрасном свете, видимом с помощью инструмента Near Infrared Camera (NIRCam) на борту «Джеймса Уэбба». Астрономы рассчитывают, что исследование космических «песочных часов» позволит отследить процессы, происходящие вокруг протозвезды, скрытой в самом центре. Наблюдения также позволят определить, как подобные «младенцы» достигают зрелости.

Возраст протозвезды в облаке L1527 составляет всего 100 тыс. лет — ничтожно мало по космическим меркам. Объект относится к протозвёздам спектрального класса 0, что свидетельствует о ранней стадии формирования светила. Такие объекты обычно всё ещё окружены газом и пылью из облака, которое помогло сформироваться звезде — до того, как она превратится в полноценное светило, пройдёт ещё некоторое время.

Пока форма звезды преимущественно сферическая, но всё ещё нестабильна и выглядит как «пухлое» облако газа с массой 20-40 % от солнечной. Хотя сама протозвезда скрыта, на изображении виден диск из пыли и газа вокруг неё, напоминающий тёмную полосу в районе перемычки «песочных часов». Такая структура сформировалась благодаря тому, что материя стягивается к центру, где протозвезда и поглощает её — сам диск приблизительно размерами с солнечную систему.

По мере того, как звезда будет набирать массу и размер, дополнительная материя будет способствовать её сжатию, благодаря чему поднимется её температура и давление в ядре до уровней, достаточных для начала ядерного синтеза, в ходе которого водород будет преобразован в гелий, генерируя энергию — это один из важнейших этапов в процессе формирования звёзд. В процессе протозвезда создаёт турбулентность в облаке газа и пыли, не позволяя появиться рядом звёздам-конкурентам. Даже не видя протозвезды, астрономы способны делать предположения о её существовании уже по изображению огромных «песочных часов» с протопланетным диском. Испускающее свет зарождающееся светило освещает остаточные газ и пыль, включая каверны, из которых материя уже потрачена на формирование звезды. Голубые облака на снимке позволяют отметить зоны, где пыли меньше всего, а оранжевые — где её концентрация особенно высока.

Предполагается, что в самом диске в районе перемычки «песочных часов» материя группируется в «карманы», достаточно плотные для формирования планет. Другими словами, L1527 представляет собой своеобразное окно в прошлое, позволяющее предположить, как могли выглядеть наше Солнце и планетная система в процессе формирования около 4,5 млрд лет назад.

В июне этого года NASA сообщило о столкновении телескопа «Джеймс Уэбб» с несколькими метеороидами в период с 23 по 25 мая. Хотя космическое агентство заявило, что было готово к инцидентам подобного рода, один из метеороидов нанёс зеркалу телескопа более серьёзные повреждения, чем предполагалось в ходе моделирования таких ситуаций. Инженерам NASA потребовалось произвести корректировку, чтобы компенсировать повреждение зеркала.

Источник изображения: NASA

«На сегодняшний день мы зафиксировали 14 измеримых ударов метеороидов по главному зеркалу. Это, как и ожидалось, в среднем от одного до двух ударов в месяц. Оптические ошибки, возникшие в результате всех этих столкновений, кроме одного, были вполне в пределах того, что мы моделировали при расчётах, — объясняет Майк Мензел (Mike Menzel), ведущий инженер по системам миссии телескопа «Джеймс Уэбб» в Центре космических полётов имени Годдарда. — Зеркала телескопа были построены таким образом, чтобы противостоять метеороидам, которые неизбежны в космосе. В мае число столкновений оказалось больше, чем предполагалось по результатам испытаний. После тщательного анализа мы пришли к выводу, что это редкое статистическое событие. Оптические характеристики телескопа остаются вдвое лучше, чем требуется».

Для того, чтобы избежать подобных повреждений в будущем, NASA собрала группу экспертов по оптическим приборам для разработки плана защиты чрезвычайно ценного телескопа. В результате изучения произошедших столкновений, специалистами был сделан вывод, что имело место довольно редкое совпадение размера метеороида и его попадания в особенно чувствительное место на главном зеркале.

Источник изображения: NASA

Чтобы свести к минимуму удары такой силы, команда специалистов рекомендовала производить будущие наблюдения в направлении, противоположном зоне активного действия метеороидов, что поможет избежать слишком чувствительных прямых ударов по главному зеркалу. По словам Ли Файнберга (Lee Feinberg), менеджера по оптическим элементам телескопа, благодаря изменению направления наблюдений, команда надеется продлить работу оптики на десятилетия: «Это не означает, что нельзя будет наблюдать определённые участки неба. Просто наблюдения этих участков будут более безопасны для телескопа, когда он будет находиться в другом месте своей орбиты. В масштабах миллионов световых лет космоса не имеет никакого значения на сколько миллионов километров дальше или ближе находится телескоп от объекта наблюдения».

Предстоящие изменения будут реализованы начиная со второго года научной работы телескопа «Джеймс Уэбб».

В NASA сообщили, что специалисты разобрались с аномалией в работе одного из самых чувствительных приборов на борту космического телескопа James Webb («Джеймс Уэбб»). При наблюдении 24 августа в работе спектрометра MRS камеры среднего инфракрасного диапазона (MIRI) обнаружился сбой. Начатое в сентябре расследование определило проблему и методы её устранения. К научной работе прибор вернётся 12 ноября.

Пострадавший узел изображён в верхнем левом углу. Источник изображений: NASA

Камера MIRI позволяет делать снимки объектов в среднем инфракрасном диапазоне, что добавляет полученным «Уэббом» изображениям впечатляющую резкость и детализацию. Это единственный узел на телескопе, который охлаждается принудительно. Его температура всего 7 K, что близко к абсолютному нулю.

В составе блока MIRI расположен спектроскоп со средним разрешением (MRS), который чувствителен к длинам волн от 5 до 28 мкм. Нужные длины волн выбираются при помощи поворота колеса с набором дифракционных решёток. Во время наблюдения 24 августа колесо с решётками начало испытывать повышенное трение, что грозило поломкой прибора. Между тем, спектроскоп делает такие важнейшие научные наблюдения, как определение химического состава космических объектов. Только этот инструмент позволяет определить сигнатуры биологической жизни в составах атмосфер далёких экзопланет и, в целом, собирает данные о составе вещества во Вселенной.

Специальная комиссия NASA после изучения всех имеющихся данных о механизме MRS до и после запуска в космос составила план возвращения спектрометра к работе с учётом повышенной нагрузки на поворотный механизм. Проблема, скорее всего, была вызвана увеличением силы трения между компонентами узла центрального подшипника и возникала только при определённых условиях. На основании этого команда разработала и утвердила план использования пострадавшего механизма во время научных операций.

Оптическая схема пострадавшего спектрометра MRS

Инженерное испытание узла 2 ноября подтвердило прогнозы специалистов и позволило взять на вооружение предложенный план. Телескоп возобновит научные наблюдения с помощью MIRI MRS к субботе, 12 ноября. Научная работа начнётся с уникальной возможности наблюдать полярные области Сатурна до того, как они вскоре станут недоступными для наблюдения «Уэббом» в течение следующих 20 лет.

После этого будет составлен план дополнительных научных наблюдений с помощью спетрометра MRS, вначале с ограниченной периодичностью, а затем постепенно возвращая прибор к полноценной научной деятельности.