На сайте arXiv одновременно появились три статьи, в которых независимые группы учёных пришли к одному выводу: обсерватория «Джеймс Уэбб» подтвердила открытие самой древней галактики в истории наблюдений человечества. Эта галактика активно росла и развивалась менее чем через 300 млн лет после Большого взрыва, что настойчиво подталкивает учёных изменить представление о ранних этапах эволюции Вселенной.

Источник изображения: NASA

С появлением такого мощного инструмента, как космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба, земная наука получила возможность заглянуть в эпоху реионизации и глубже, когда пространство было заполнено нейтральным водородом, который как густой туман рассеивал видимый свет звёзд. Считалось, что в те времена рассвета Вселенной было мало галактик и они были бедны на звёзды, ведь после Большого взрыва прошло всего несколько сотен миллионов лет. Звёзды и их скопления просто не успели бы развиться. «Джеймс Уэбб» ошеломил: плотность галактик и их яркость оказались впечатляющими даже в начале эпохи реионизации.

Удалённость и сложность измерений не позволяли сразу понять, какие галактики древние, а какие просто уходят в красный спектр по причине преобладания соответствующего типа звёзд. Разобраться с этим позволяют спектральные приборы «Уэбба». Они более-менее точно определяют красные смещения галактик, что позволяет судить об истинной удалённости этих объектов.

До недавнего времени самой древней подтверждённой галактикой была JADES-GS-z13-0, обнаруженная через 320 млн лет после Большого взрыва. Новой самой древней галактикой стала JADES-GS-z14-0, пойманная в объектив «Уэбба» менее чем через 300 млн лет после Большого взрыва. Масса этой галактики оказалась примерно на уровне 10 % от массы Млечного Пути, а её звёздное население росло со скоростью 25 солнечных масс в год. Обнаружить такой яркий объект и так рано — это ломает устоявшиеся представления об эволюции звёзд и галактик. Слово за вами, теоретики!

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) прислал снимки карликовой галактики NGC 4449, в которой наблюдается вспышка звездообразования — этот процесс был спровоцирован в результате поглощения ещё более компактной галактики NGC 4449B.

Галактика NGC 4449. Источник изображений: esawebb.org

NGC 4449 находится на расстоянии 12,5 млн световых лет от Земли и наблюдается в созвездии Гончие Псы. Она имеет много общего с Большим Магеллановым Облаком — галактикой, которая обращается вокруг Млечного Пути. Обе они имеют небольшие размеры и неправильную форму, а также проходящую через центр характерную полосу. Но в отличие от нашего ближайшего соседа, в NGC 4449 происходит активное звездообразование по всей длине и ширине. Звездообразование происходит, когда наполняющий галактику газ молекулярного водорода начинает испытывать возмущения в результате гравитационного взаимодействия или столкновения с другой галактикой.

Галактика NGC 4449 (NIRCam)

NGC 4449 входит в группу M94, состоящую из примерно двух десятков галактик, а значит, у неё есть несколько соседей, с которыми возможно взаимодействие. Доказательства такого взаимодействия были получены в 2012 году — это поглощение меньшей галактики-спутника NGC 4449B. Гравитационные приливные силы создали турбулентность в молекулярном газе вокруг NGC 4449, что привело к образованию многочисленных скоплений молодых звёзд. Эти скопления хорошо видно на снимках, полученных камерами ближнего (NIRCam, длина волны от 0,6 до 5 мкм) и среднего (MIRI, 5–28 мкм) инфракрасного диапазона. Изображения сильно отличаются друг от друга, цвета же на них не соответствуют действительности, а отражают картину в инфракрасном диапазоне.

Галактика NGC 4449 (MIRI)

Снимок NIRCam демонстрирует скопления недавно родившихся горячих звёзд на фоне более старых, чей свет обозначен рассеянным голубым свечением. Яркий центр окружен пыльными завитками, которые отмечают области звездообразования в облаках молекулярного газа, ионизированного излучением находящихся в скоплениях молодых звёзд — эти скопления представлены компактными голубыми областями. Изображение MIRI демонстрирует пыльный скелет NGC 4449, который кажется более концентрированным, чем вещество, запечатлённое NIRCam. В облаках пыли, обозначенных оранжево-красным цветом, содержатся полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Эти молекулы являются строительными блоками межзвёздных пылевых частиц, а также играют ключевую роль в распространении органики. Ярко-жёлтые области — места активного звездообразования, а ярко-синие пятна свидетельствуют о звёздах в галактике.

В совокупности NIRCam и MIRI наглядно демонстрируют, что происходит в переживающей бурную фазу галактике, чьё развитие предопределено на миллиарды лет вперёд. NGC 4449 — пример того, что может произойти в Большом Магеллановом Облаке, если взаимодействие этой галактики с малым Магеллановым Облаком или даже Млечным Путём усилится. NGC 4449 также повторяет историю небольших галактик, которые существовали в ранней Вселенной — они стали строительными блоками более крупных, а звёздные вспышки в них породили значительную часть ионизирующей энергии, которая положила конец Тёмным векам Вселенной. Другими словами, NGC 4449 — это окно одновременно в прошлое и будущее галактической эволюции.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» получил, похоже, одни из самых ценных снимков за время своей работы. С его помощью учёным удалось увидеть, как рождались первые галактики во Вселенной. Это наблюдение в общем случае подтвердило нашу теорию об эволюции звёзд, галактик и самой Вселенной.

Источник изображения: NASA

«Можно сказать, что это первые "прямые" изображения формирования галактик, которые мы когда-либо видели, — пояснил ведущий автор исследования Каспер Эльм Хайнц (Kasper Elm Heintz), астрофизик Центра космического рассвета (DAWN) в Дании. — В то время как ранее "Джеймс Уэбб" показывал нам ранние галактики на более поздних стадиях эволюции [уже сформированные], здесь мы являемся свидетелями самого их рождения и, следовательно, построения первых звёздных систем во Вселенной».

Телескоп получил изображения трёх галактик примерно через 400–600 млн лет после Большого взрыва. На тот момент галактики представляли собой скопления сгустков тёмной и обычной материи, по-видимому, с чёрной дырой в их центрах. Звёзд в них ещё не было или их было исчезающее мало, и лишь на ранних стадиях эволюции. Обычная материя в те времена — это практически один водород. Именно его движение и поглощение засекли спектральные приборы «Уэбба».

Как это увидел «Уэбб»

На сделанных космической обсерваторией снимках учёные смогли различить движение водорода внутрь и по краям формирующихся галактик. Со временем под действием гравитации плотность газа в отдельных местах формирующихся галактик достигнет такого значения, которое запустит термоядерные реакции и породит первые звёзды. Но это будет потом и, к тому же, всё это мы видели на более поздних стадиях развития Вселенной. Увидеть фактически зачатие первых галактик — это редкая удача и, кстати, исследователи утверждают, что они выбирали цель для работы наобум, не до конца понимая, что же они хотят найти.

Астрономы пока не знают, как распределяется газ между центрами галактик, а также на их окраинах. Будущие наблюдения могут не только помочь решить эту задачу, но и показать, полностью ли газовые облака этих галактик состоят из первичного водорода или уже содержат более тяжёлые элементы.

Из более чем 5000 экзопланет учёные открыли единицы объектов с крайне низкой плотностью, которые стали называть пухлыми планетами (puffy planet). Загадку одной из таких планет, похоже, помог разгадать космический телескоп им. Джеймса Уэбба. Вчера в журнале Nature одновременно вышли две статьи, которые объясняют, как могла образоваться планета с плотностью хлопка.

Художественное представление экзопланеты WASP-107b. Источник изображения: NASA

«Данные "Уэбба" говорят нам, что планеты, подобные WASP-107b, не должны были формироваться каким-то странным образом со сверхмалым ядром и огромной газовой оболочкой, — пояснил Майкл Лайн (Michael Line), экзопланетолог из Университета штата Аризона. — Вместо этого мы можем взять что-то более похожее на Нептун, с большим количеством камня и не таким большим количеством газа, просто увеличить температуру и это придаст ему тот вид, который мы наблюдаем [в случае WASP-107b]».

Экзопланета WASP-107b была обнаружена в 2017 году у звезды на удалении 200 световых лет в созвездии Девы. Размеры WASP-107b примерно соответствуют размерам Юпитера, но её масса составляет всего 12 % от массы этого газового гиганта. Это делает экзопланету такой же пухлой, как разогретый в микроволновке зефир. Исходя из этих данных, экзопланета WASP-107b должна обладать экстремально небольшим каменистым ядром.

Наблюдения показали, что атмосфера экзопланеты раздута сильнее, чем показывает моделирование. Хотя планета вращается очень близко к своей звезде (на расстоянии примерно равном 1/7 от Меркурия до Солнца), энергии звезды не хватило бы, чтобы нагреть и раздуть атмосферу экзопланеты до фиксируемых размеров. Будь ядро у экзопланеты больше, за время её существования атмосфера бы стала меньше за счёт остывания, но этого тоже нет.

Больше ясности внёс космический телескоп «Уэбб», который дополнил предыдущие наблюдения «Хаббла» и одно прежнее собственное наблюдение. В спектре атмосферы экзопланеты учёные не обнаружили метан, хотя другие углеродсодержащие газы легко и обильно в ней распознавались. Это заставило сделать предположение, что ядро экзопланеты нагрето намного сильнее ожидаемого. Если это так, тот метан ещё в ядре планеты распадается на монооксид углерода и углекислый газ. Но откуда же берётся избыточное тепло, если энергии звезды недостаточно для нагрева?

Как заявляют учёные, экзопланета WASP-107b вращается вокруг своей звезды по вытянутой орбите. Благодаря этому недра экзопланеты подвергаются приливной деформации. Именно эти процессы дают избыточное тепло, которое сильнее разогревает газы в ядре и нижние слои атмосферы. Внизу метан быстро распадается, а интенсивное перемешивание газа в атмосфере вымывает метан также из верхних её слоёв. Тем самым учёные объяснили сразу две загадки экзопланеты, почему она такая рыхлая и почему в её атмосфере нет метана. А ещё на этой экзопланете идут дожди из песка. Но это уже другая история.

В рамках отрабатываемой обсерваторией им. Джеймса Уэбба программы PDRs4All («область фотодиссоциации для всех») исследователи получили самые детальные снимки Туманности Ориона. Это ближайшая к нам область звездообразования, иначе называемая звёздными яслями. Каждый элемент причудливой формы из газа и пыли в этой области — это бесценный кладезь знаний о самых первых этапах зарождения звёзд, изучать которые можно десятилетиями.

Источник изображений: PDRs4All

Мы же начнём с неземной красоты Туманности Ориона. Этот объект виден с Земли невооружённым взглядом, и учёные тысячелетиями пытались разгадать его происхождение и сущность. Расположена туманность в 1500 световых годах от Солнечной системы. В видимом диапазоне многие структуры туманности разглядеть нельзя — мешают плотные скопления пыли и газа. Инфракрасный телескоп «Джеймс Уэбб» стал тем инструментом, который способен заглянуть внутрь нагретых облаков, пыль и газ которых разогревает и разгоняет ультрафиолетовое излучение молодых и горячих звёзд.

Более того, излучение молодых звёзд меняет не только физические формы пыли и газа, оно ещё запускает множество химических процессов в веществе туманности. Собственно, название программы изучения физики и химии областей звездообразования говорит само за себя — она изучат в них процессы фотодиссоциации. И здесь «Уэбб» стал незаменим. Его спектрометры не такие широкоугольные, как оптические и инфракрасные приборы, но способны предоставить в тысячу раз больше информации на каждый кадр, чем приборы, работающие с видимым светом.

В Туманности Ориона учёные обнаружили свыше 600 химических веществ и соединений, которые расскажут о химии областей, где рождаются звёзды. Собрано столько данных, что их будут анализировать не одно десятилетие, говорят участники программы. Материала так много, что по этому наблюдению в журнале Astronomy & Astrophysics одновременно вышло шесть статей. И это только верхушка айсберга!

В опубликованной в четверг работе в журнале The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society группа астрономов сообщила, что обнаружила древнейшее за всё время наблюдений столкновение сверхмассивных чёрных дыр. Слияние этих колоссальных объектов произошло через 740 млн лет после Большого взрыва. Это стало доказательством, что чёрные дыры с самого начала играли значительную роль в эволюции галактик, и объяснило их стремительный рост в древности.

Квазар ZS7. Источник изображения: NASA

С появлением невероятного по чувствительности в инфракрасном диапазоне космического телескопа им. Джеймса Уэбба астрономам стали открываться явления в ранней Вселенной, куда предыдущее приборы не могли заглянуть. Это период, когда Вселенная ещё не перешагнула рубеж первого миллиарда существования из нынешних примерно 13,8 млрд лет.

Одной из загадок детства Вселенной стало открытие множества сверхмассивных чёрных дыр до первого миллиарда её развития. Согласно нашим теориям, эти объекты никак не успевали в то время развиться до детектируемых масс от нескольких десятков млн солнечных масс до млрд солнечных масс. На эти процессы должны уходить миллиарды лет, а не сотни миллионов, как показывают данные «Уэбба». Новое наблюдение как раз объясняет, каким образом чёрные дыры могли быстро набирать массу в древности, и это слияния, которых в те времена не должно было бы быть так много, чтобы они оказали влияние на всю последующую эволюцию галактики и самой Вселенной. Похоже, земная наука ошибалась на этот счёт.

«Наши результаты показывают, что слияние является важным путём, по которому чёрные дыры могут быстро расти даже на заре космоса, — сказала в заявлении руководитель исследования и учёный из Кембриджского университета Ханна Юблер (Hannah Übler). — Вместе с другими открытиями «Уэбба» активных массивных чёрных дыр в далёкой Вселенной наши результаты также показывают, что массивные чёрные дыры формировали эволюцию галактик с самого начала».

По факту исследователи засекли признаки активности древнего квазара — активного центра галактики ZS7, в центре которого живёт и быстро питается сверхмассивная чёрная дыра. Спектральной чувствительности «Уэбба» хватило, чтобы увидеть в излучении объекта две составляющие. Обе они оказались сверхмассивными чёрными дырами на грани слияния. Об этом подсказало интенсивное излучение от разогретого газа в аккреционном диске чёрных дыр, а также анализ плотности ионизированного газа.

Масса одного из объектов была определена с достаточной точностью — она составила 50 млн солнечных. Масса второй чёрной дыры оценивается как примерно такая же, но точно учёные сказать не смогли — этому помешало плотное скопление газа на пути излучения.

«Звёздная масса изученной нами системы [галактики ZS7] аналогична массе нашего соседа, Большого Магелланова облака, — поясняют учёные. — Мы можем попытаться представить, как могло бы повлиять на эволюцию сливающихся галактик, если бы в каждой галактике была одна сверхмассивная чёрная дыра, такая же большая, как у нас в Млечном Пути». Тем самым астрономы намекают, что наши модели эволюции галактик явно не учитывают множества аспектов их поведения на заре появления и это надо исследовать.

Кстати, с июня этого года «Уэбб» будет регулярно предоставляться для наблюдений сверхмассивных чёрных дыр, так что новых открытий будет не много, а очень много. Впрочем, больше информации о столкновениях чёрных дыр предоставят учёным гравитационно-волновые обсерватории, первые из которых уже работают. Такие обсерватории следующего поколения и, особенно, космического базирования смогут фиксировать столкновения чёрных дыр далеко и обильно. Жаль только, что заработают эти инструменты не раньше середины следующего десятилетия.

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

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

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

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

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

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

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

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

Художественное представление экзопланеты 55 Cancri e. Источник изображениq: NASA

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Художественное представление горячего юпитера у звезды. Источник изображения: NASA

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

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

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

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

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

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

Источник изображений: NASA

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

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

Сравнение изображений туманности Конская Голова, полученных разными телескопами

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

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

Сделавшие открытие американские физики из Калифорнийского университета в Риверсайде

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

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

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

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

Источник изображения: IHEP

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Два ранее обнаруженных зародыша экзопланет на одной орбите

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

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