10 открытий телескопа Джеймса Уэбба

Космический телескоп Джеймса Уэбба рассматривает всю Вселенную, чтобы открыть для себя новое о планетах, галактиках и других космических объектах.

Телескоп НАСА для наблюдения за глубоким космосом смотрит на Вселенную, как никогда раньше.

Космический телескоп Джеймса Уэбба (Webb или JWST) является первооткрывателем научных открытий, генерирующим невероятное представление о галактиках, планетах, звездах и всевозможных интересных космических объектах. Телескоп близок к началу своего космического путешествия, так как он рассчитан на 20 лет эксплуатации и только что был запущен в декабре 2021 года.

Объявленный преемником почтенного космического телескопа Хаббл, Уэбб также пробивает почву в научном волнении. Люди по всему миру делятся своими изображениями или генерируют новые идеи, манипулируя необработанной информацией.

В феврале 2023 года поисковый гигант Google протестировал своего нового бота искусственного интеллекта (ИИ) под названием Бард с вопросом Уэбба. К сожалению, Бард провалил основной факт: Уэбб не был первым телескопом, который непосредственно отобразил экзопланету. Но Уэбб сделал много других невероятных открытий, которые вы можете увидеть здесь.

Когда Уэбб запустили на Рождество 2021 года, это стало кульминацией десятилетий работы ученых и инженеров НАСА. Запуск прошел без проблем, как и многочисленные шаги по развертыванию телескопа в последующие месяцы. В середине июля Уэбб выпустил свои потрясающие первые изображения. Инфракрасный телескоп поможет нам увидеть почти каждую часть нашей вселенной более подробно, включая самые отдаленные галактики, что позволит нам заглянуть в прошлое.

"Более того, телескоп способен собирать достаточно света от астрономических объектов - от рождающихся звезд до экзопланет - чтобы показать, из чего они сделаны и как они перемещаются в космосе", - написали редакторы Science. "Эти данные уже начали подробно раскрывать атмосферный состав планет в сотнях световых лет от Земли, предлагая намеки на их способность потенциально поддерживать жизнь в том виде, в каком мы ее знаем".

Столпы творения в туманности Орла уже давно является одним из самых знаковых изображений космического телескопа Хаббл. Но хотя телескоп, который обнаруживает в основном видимый свет, захватывал впечатляющие облака структуры, "создание", происходящее внутри них, было скрыто. Теперь инфракрасная визуализация Уэбба сумела запечатлеть его в виде многочисленных протозвезд. Появляясь в виде крошечных красных точек на дымчатом фоне столбов, эти коллекции пыли и газа, каждый из которых во много раз больше, чем наша солнечная система, рождаются звезды.

"Эти молодые звезды, которые мы видим на изображении, еще не горящий водород", - сказал Space.com Дерек Уорд-Томпсон, глава школы естественных наук Университета Центрального Ланкашира в Великобритании, в октябре. "Но постепенно, по мере того, как все больше и больше материала падает, середина становится плотнее и плотнее, а затем внезапно она становится настолько плотной, что горение водорода включается, а затем внезапно их температура подскочит примерно до 2 миллионов градусов по Цельсию

Изображение было создано с использованием разных цветов для представления в основном невидимых инфракрасных длин волн, сказал Антон Кёкемоер, астроном-исследователь Научного института космического телескопа в Балтиморе, который собрал изображение с использованием данных Уэбба, сказал Space.com в октябре.

Единственные видимые части изображения кажутся синими - они будут выглядеть красными для нас. По мере увеличения длины волны увеличивается и длины волн цветов, при этом красные части изображения, такие как протозвезды, излучают излучение примерно в шесть раз больше длины волны, которую может видеть человеческий глаз. По словам Уорда-Томпсона, подобные изображения не только показывают возможности Уэбба в качестве инфракрасного телескопа, но и могут помочь нам понять, как образуются звезды, включая наше солнце.

Ученые обнаружили первые экзопланеты в 1990-х годах, и сегодня существует более 3000 известных миров, вращающихся вокруг далеких звезд. Тем не менее, только около двух десятков из них были изображены напрямую. Большинство экзопланет находятся так далеко, что их можно обнаружить только через падение в свете звезды, в которую они вращаются, когда эта планета проходит перед звездой-хозяином. Но Уэбб мог бы это изменить. В сентябре он сделал свое первое прямое изображение экзопланеты.

"Это преобразующий момент не только для Уэбба, но и для астрономии в целом", - сказал Саша Хинкли, астроном из Университета Эксетера в Великобритании, который руководил этими наблюдениями, в заявлении в сентябре.

Планета под названием HIP 65426 b была открыта в 2017 году. Для просмотра ученые использовали две камеры Уэбба, несколько фильтров и коронографы телескопа, инструменты, которые блокировали свет центральной звезды. Наряду с исключительной чувствительностью телескопа, планета имеет несколько особенностей, которые облегчают наблюдение. При 100-кратном расстоянии от нашего Солнца до Земли эта планета находится гораздо дальше от своей звезды-хозяина, чем любая планета в нашей Солнечной системе (напротив, Плутон всего в 40 раз превышает расстояние между Солнцем и Землей от нашего Солнца). Колоссальный газовый гигант, он также исключительно большой - примерно в 12 раз больше Юпитера.

Хотя Галактику Фантома трудно найти в ночном небе, ее блеск далеко не невидим, особенно когда он запечатлен в инфракрасном диапазоне с помощью Уэбба. Оптическое изображение галактики Хабблом, также называемое M74, показывает идеальную спиральную структуру галактики и ее распределение звезд, руки простирающиеся наружу от сияющего центра. Но новое изображение Уэбба показывает волоконноподобные структуры теплоизлучающей пыли и газа, исходя из яркого центра, выполненного в ярком электрическом синем цвете. Новое изображение прольет (инфракрасный) свет на области звездообразования, разбросанные среди спиральных рукавов галактики.

Завораживающее составное изображение, объединяющее изображения космического телескопа Хаббла и Уэбба, содержит аспекты как оптических, так и инфракрасных наблюдений галактики. Исследователи из Европейского космического агентства (ЕКА) помогли создать композитное изображение в рамках международного проекта под названием PHANGS, согласно ЕКА, которое использует Уэбба, Хаббла и несколько наземных телескопов для захвата 19 близлежащих звездообразующихся галактик в инфракрасном диапазоне. В августе ЕКА выпустило видео, чтобы продемонстрировать три изображения, а также сравнить их бок о бок.

"Добавление кристально чистых наблюдений Уэбба на больших длинах волн позволит астрономам точно определить звездообразующие области в галактиках, точно измерить массы и возраст звездных скоплений и получить представление о природе небольших зерен пыли, дрейфующих в межзвездном пространстве", - сказал ЕКА.

В июле Уэбб запечатлел изображение далекой звезды, называемой звездой Вольфа-Райе, на котором был изображен фирменный дифракционный рисунок Уэбба, артефакт изображения. Но вокруг звезды, называемой WR140, есть узор, который выглядит одинаково нереальным - рябиобразный узор концентрических колец, которые имеют своеобразную, слегка коробчатую форму. В отличие от дифракционной картины, кольца маловероятной формы являются реальными чертами.

"Шестиконечная синяя структура является артефактом из-за оптической дифракции от яркой звезды WR140 на этом изображении #JWST MIRI", - написал Марк Маккоурин, междисциплинарный ученый в научной рабочей группе космического телескопа Джеймса Уэбба и научный советник ЕКА, в твиттере. "Но красные изогнутые, но коробочные вещи реальны, серия раковин вокруг WR140. На самом деле в космосе. Вокруг звезды".

Звезды Вольфа-Райе - это массивные звезды почти в конце своей жизни, уже выпустив большую часть своего водорода в космос. Кольца странной формы вызваны взаимодействием между WR140 и его меньшей звездой-компаньоном. Звезды окружены облаком пыли, которое вылеплено в такую форму его звездой-компаньоном, сказал Маккорин. Райан Лау, астроном NOIRlab в Аризоне, возглавил команду, изучающих эти наблюдения в рамках программы JWST Early Release Science. В октябре группа опубликовала исследование по наблюдениям в журнале Nature Astronomy.

Уэбба заставили наблюдать за самыми отдаленными галактиками во Вселенной, и в середине декабря ученые подтвердили, что они сделали именно это. Телескоп официально наблюдал четыре самые отдаленные галактики, что также означает, что они самые старые. Уэбб наблюдал за галактиками, когда они появились около 13,4 миллиарда лет назад, когда Вселенной было всего 350 миллионов лет, что составляет около 2% от ее нынешнего возраста.

Ученые подозревали, что четыре галактики были невероятно древними, как и сотни других, идентифицированных Уэббом. В рамках расширенного глубокого внегалактического исследования JWST (JADES) исследователи подтвердили свой возраст, проанализировав данные с ближнего инфракрасного спектрографа телескопа, чтобы выяснить, как быстро галактики отходят от телескопа. Это красное смещение галактик - насколько длины волн света, которые они пролили, удлинились по мере расширения Вселенной. Их красное смещение было 13,2, что является самым высоким из когда-либо измеренных.

Благодаря Уэббу планета, вращающаяся вокруг звезды в созвездии Девы, теперь является самым исследоваемым миром за пределами нашей Солнечной системы. Планета называется WASP-39b и находится примерно в 700 световых годах от Земли. Это кипящий газовый гигант размером с Сатурн, вращающийся вокруг своей звезды-хозяина на абсурдно близком расстоянии, примерно в восемь раз ближе к своей звезде-хозяину, чем планета Меркурий к нашему Солнцу.

Используя основную камеру Уэбба и два ее спектрографа, ученые идентифицировали углекислый газ в его атмосфере - впервые газ был найден в атмосфере экзопланеты, хотя в густой атмосфере планеты преобладают густые облака, содержащие серу и силикат, включая диоксид серы. Исследователи также смогли использовать то, что они узнали об атмосфере планеты, чтобы сделать выводы об аспектах ее истории и формирования. Ученые считают, что планета образовалась в результате столкновения небольших планетезималей, и поскольку в атмосфере больше кислорода, чем углерода, она образовалась гораздо дальше от своей звезды, чем сейчас.

"Эти ранние наблюдения являются предвестником более удивительной науки, которая будет связана с JWST", - сказала в своем заявлении Лора Крайдберг, директор Института астрономии Макса Планка (MPIA) в Германии, которая участвовала в наблюдениях. "Мы прошли через его шаги, чтобы проверить производительность, и он был почти безупречным - даже лучше, чем мы надеялись".

Спутник Сатурна Титан - странное и интригующее место. Луна имеет "камни", состоящую из водяного льда, а также реки, озера и моря из жидкого метана и этана. Это также единственная луна в нашей Солнечной системе, у которой густая атмосфера - туманная, усеянная облаками метана. Ученые увидели некоторые из этих облаков в ноябре, когда Уэбб запечатлел атмосферные данные со странной Луны.

В заявлении НАСА исследователи, изучающие Титана с Уэббом, выражают свое волнение по поводу получения данных. "На первый взгляд, это просто экстраординарно", - написал Себастьян Родригес, астроном Университета Парижа Сите и коллега по исследованию, в электронном письме, опубликованном в заявлении. "Я думаю, что мы видим облако!"

В конце концов они обнаружили, что телескоп захватил не одно, а два облака, в том числе одно над крупнейшим морем Луны, Кракен-Маре. Команда была настолько заинтригована, что связалась с обсерваторией Кека на Гавайях, которая смогла наблюдать за Титаном всего через два дня. В наблюдениях Кека в том же месте над Кракен-Маре есть облако, хотя оно имеет другую форму, что указывает на то, что облако либо изменилось, либо другое облако переместилось в то же место. Команда надеется, что подобные данные помогут им составить карту дымки Титана и обнаружить новые газы в атмосфере Луны.

Ученые всегда считали туманность Южное кольцо довольно ничем не примечательных. Мысль заключалась в том, что туманность была просто умирающей звездой, называемой белым карликом, которая изгнала свои наружные слои, которые ярко светятся, как белый карлик излучает волны энергии. Ученые также знали, что другая, не умирающая звезда, часть двойной системы, в значительной степени скрыта под ярко освещенным газом. Но потрясающее изображение туманности Уэбба, опубликованное как часть его первых изображений и данных, ясно дало понять, что это не так просто.

Уэбб сфотографировал облако с помощью двух его инструментов, ближней инфракрасной камеры (NIRCam) и средне-инфракрасного прибора (MIRI). С MIRI исследователи увидели, что белый карлик не был невидимым, как они ожидали на этой длине волны, а светящимся красным, окруженный дымкой холодного газа. Откуда взялся газ?

Единственным логическим объяснением, казалось, было то, что туманность спрятала третью звезду, которая была источником газа. Основная камера телескопа также захватывала интригующие снаряды вокруг краев туманности, несколько похожие на те, что были вокруг WR140. Они думают, что третья звезда, где-то между двумя известными, могла вызвать волнообразные раковины.

"Мы думаем, что весь этот газ и пыль, которые мы видим, брошенные повсюду

Хотя многие телескопы идентифицировали экзопланеты, Уэбб не был разработан. Но откройте для себя то, что он сделал, и это исключительно странно. Во-первых, VHS 1256 b совсем не планета. Это коричневый карлик - больше, чем планета, но слишком маленький, чтобы быть настоящей звездой. Это излучает тусклое красноватое свечение, продукт модифицированной формы слияния, которое происходит на объектах, которые очень массивны, но слишком малы, чтобы плавить водород. Все еще незнакомец, Уэбб заметил, что у коричневого карлика песчаные, силикатные облака - впервые для такого рода объектов. Экзопланета также мала для коричневого карлика и поэтому молода.

Как и в случае с WASP-39b, Уэбб смог идентифицировать отдельные химические вещества в странной атмосфере коричневого карлика, такие как вода, метан, углекислый газ и калий. Соотношение различных соединений говорит о том, что объект имеет турбулентную атмосферу. Исследование исследовало атмосферу в исследовании, которое еще не было опубликовано в журнале.

"В спокойной атмосфере ожидается соотношение, скажем, метана и угарного газа", - сказал Forbes Саша Хинкли, астроном Эксетерского университета в Великобритании и один из соавторов исследования. "Но во многих атмосферах экзопланет мы обнаруживаем, что это соотношение очень искажено, что говорит о том, что в этих атмосферах происходит турбулентное вертикальное смешивание, выкапывая углекислый газ из глубины вниз, чтобы смешиваться с метаном выше в атмосфере".