Каждый новый научный инструмент обеспечивает непрерывный поток удивительной информации, но только некоторые из них способны кардинально изменить наши знания о мире, в котором мы живём. Таким уникальным инструментом стала инфракрасная космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба. Только с её помощью удалось заглянуть ещё дальше в глубины Вселенной, где многое ещё только рождалось.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Одной из загадок мироздания для учёных остаётся зарождение и эволюция чёрных дыр. Положение с ними усугубляет то, что они не обнаруживаются напрямую, поскольку из чёрных дыр не может вырваться никакое электромагнитное излучение. Наблюдать такие объекты можно только косвенно, например, по целому спектру активности во внутренней области аккреционного диска, где вещество начинает быстро падать на чёрную дыру.

Одно из наблюдений «Уэбба» в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне показало присутствие похожей активности в частотном спектре, исходящем от галактики GN-z11, свет которой обсерватория наблюдала на этапе через 440 млн лет после Большого взрыва. Согласно проведённому учёными моделированию, сигнал мог порождаться сверхмассивной дырой примерно в 1,6 млн солнечных масс. Это очень большой объект для того времени. Современные теории эволюции чёрных дыр с трудом могут объяснить появление такого объекта в указанное время.

Очевидно, что для зарождения и последующего развития чёрной дыры до подобных размеров необходимо было сочетание ряда условий. Например, для коллапса облака «первичной» материи вскоре после Большого взрыва в первичную чёрную дыру требовалось достаточного объёма тяжёлых элементов в нём, наличие рядом источника ультрафиолетового излучения для подогрева и ряд других условий. Затем новорожденная чёрная дыра должна была активно питаться окружающим веществом, чтобы быстро вырасти до указанных размеров, на что тоже есть ограничения.

Если найденный кандидат в самые древние чёрные дыры действительно окажется тем, о чём думают учёные, это позволит задать или расширить рамки для вывода новых моделей эволюции данных объектов. Пока же статья об открытии остаётся на сайте препринтов arХiv.org и ещё не прошла рецензирования для печати в одном из ведущих научных журналов.

Что скрывается за светящейся точкой на небе, нельзя узнать без информации о расстоянии до неё. Это может быть планета, звезда или галактика. Узнать наше место во Вселенной можно лишь измеряя, что и как далеко находится от нас и куда движется. Это одна из главных целей в астрономии, и недавно учёные научились ещё точнее измерять расстояния до звёзд удивительным образом — слушая звучание каждой из них.

Астрометрический спутник Gaia в представлении художника. Источник изображения: ЕКА

Процессы в звёздах, как и процессы в планетах, сопровождаются сотрясанием массы. Для Земли это обычные землетрясения, а для звёзд — звездотрясения, которые изучает астросейсмология. Тепловая энергия процессов в звёздах преобразуется в кинетическую энергию сотрясания недр звёзд и, в конечном итоге, наблюдается в виде пульсаций яркости, что также находит отражение в спектральных и частотных пульсациях.

Чем массивнее звезда, тем ниже пульсации, которые буквально можно переводить в воспринимаемый человеком частотный диапазон и слушать как музыку. Эту «музыку» можно улавливать на космических расстояниях. Сопоставляя видимый с Земли блеск звезды и её звучание можно сделать вывод о её истинных размерах и светимости, и построить диаграмму затухания блеска, что подскажет расстояние до изучаемого объекта.

Астрономы из Федеральной политехнической школы Лозанны взяли огромную выборку из более чем 12 тыс. переменных звёзд красных гигантов и проверили на ней свой метод. Перед собой они поставили задачу проверить точность измерения расстояний до звёзд, полученных европейским астрометрическим спутником «Гайя» (Gaia). На сегодня Gaia измерила расстояния до 2 млрд звёзд в ближайшей Вселенной, но чем дальше до звезды, тем менее точными будут измерения. Новый метод с прослушиванием «музыки» звёзд должен был уточнить данные «Гайи» и доказать возможность более точного измерения расстояний до ещё более удалённых звёзд.

Предложенный швейцарскими учёными метод доказал свою состоятельность. Им удалось определить расстояния до множества звёзд на дальности до 15 тыс. световых лет. Методика будет улучшена и опробована на всех участках неба, что поможет в будущих исследованиях экзопланет и не только.

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

Источник изображений: NASA

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

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

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

Команда астрономов во главе со специалистом из Университета Мичигана изучила 42 старых звезды в Млечном Пути и пришла к удивительному выводу. На самой заре времён звёзды могли создавать элементы, намного более тяжёлые, чем всё то, что когда-либо встречалось в природе на Земле или вообще во Вселенной. Это заставит по-новому взглянуть на эволюцию звёзд и Вселенной.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Сегодня трансурановые элементы или элементы с атомной массой свыше 260 создаются только в лабораториях. Но даже синтезированные они очень быстро разрушаются. В процессе распада возникает целый спектр обычных тяжёлых и широко распространённых элементов. В изученных астрономами старых звёздах нашей галактики, химические составы которых изучены от и до, было обнаружено изобилие таких элементов — «осколков» распада несуществующих сегодня в свободном виде трансурановых элементов.

Важно отметить, что обнаруженные в старых звёздах тяжёлые элементы не могли появиться там в результате ядерного синтеза в ядрах звёзд (тяжелее железа там ничего не синтезируется в принципе). Более тяжёлые элементы синтезируются при больших энергиях, выбросы которых происходят в результате взрывов сверхновых и килоновых. Это настолько быстрые процессы, что они получили название r-процессов (rapid). В особенно экстремальных случаях, очевидно, синтезируются химические элементы с атомной массой свыше 260. Затем происходит быстрый распад таких элементов с образованием менее тяжёлых атомов, например, рутения, родия, палладия и серебра.

Учёные доказали, что в наблюдаемых звёздах искомые химические элементы образовались в процессе деления ядер, а не непосредственно в r-процессе (синтезе). Об этом говорит комплексный химический состав звёзд и групповой анализ. Тем самым, похоже, на заре Вселенной древние звёзды могли порождать элементы с атомной массой свыше 260, чего сегодня нигде не наблюдается.

«Это интересно, потому что ранее мы не обнаруживали ничего настолько тяжёлого в космосе или естественным образом на Земле даже при испытаниях ядерного оружия, — говорят авторы работы, опубликованной в журнале Science. — Но наблюдение за ними в космосе даёт нам представление о том, как осмысливать модели и деление, и может дать нам представление о том, как появилось такое богатое разнообразие элементов».

Группа астрофизиков выдвинула предположение, что наша галактика Млечный Путь находится в «супервойде» — огромном пространстве Местной Вселенной, где аномально мало вещества. Учёные предложили взять это за основу теории, которая помогла бы решить одну из величайших задач в астрофизике: почему измерение постоянной Хаббла даёт разный результат в зависимости от выбранной точки отсчёта.

Зелёная точка — это Млечный путь в пузыре с минимальной плотностью вещества (данные из симуляции). Источник изображения: AG Kroupa/University of Bonn

Постоянная Хаббла является одной из важнейших величин в современной космологии. Она даёт представление о скорости расширения Вселенной и о её возрасте. На разных этапах эволюции Вселенной она имела различные значения, и с момента Большого взрыва в значительной степени стала меньше (скорость расширения Вселенной уменьшалась и, по-видимому, возобновила свой рост примерно 5 млрд лет назад). Таким образом, постоянная Хаббла не очень-то постоянна. И, сверх того, измеряемое в Местной Вселенной её значение ощутимо отличается от того, как если бы мы проследили за ним от начала Большого взрыва до наших дней. Разница составляет 7–8 км/с/Мп (километр в секунду на мегапарсек), что в рамках современной космологии необъяснимо.

Некоторое время назад появились расчёты и измерения, что наша галактика Млечный путь дрейфует вдоль края войда размерами около 60 Мп в поперечнике (примерно 200 млн световых лет). Тёмное вещество, как считается, растянуло галактики в подобие вселенской паутины в магистрали и узлы, представляющие собой сосредоточения и мегаскопления галактик. Если где-то густо, то где-то будет пусто. В паутине вещества возникли пустоты или войды. Более того, появились расчёты, что войд, в котором находится наша галактика, входит в «супервойд» протяжённостью 600 Мп.

Поскольку в «супервойде» вещество в основном находится вдоль стенок «пузыря из пустоты», скорость расширения Вселенной в Местной Вселенной может быть выше, чем позволяют судить измерения, ведущиеся на основе оценки реликтового излучения. Впрочем, с точки зрения общей теории относительности Эйнштейна такого не может быть. Поэтому для обоснования своих расчетов авторы работы воспользовались так называемой Модифицированной ньютоновской динамикой (MOND). На компьютерной модели всё получилось гладко, за исключением двух натяжек — с условием, что супервойд действительно существует (и мы в нём), а также что ключевые постулаты общей теории относительности необходимо модифицировать.

«Даже если требуемые изменения не будут радикальными, — говорят авторы работы, — мы вполне можем стать свидетелями первого за более чем столетие надёжного доказательства того, что нам необходимо изменить нашу теорию гравитации».

Группа учёных сообщила о публикации третьего каталога, собранного на основе данных космического гамма-телескопа им. Ферми. За 15 лет работы телескоп открыл около 300 гамма-пульсаров, начиная с открытия первого такого объекта в 2008 году. Получившаяся выборка пульсаров может помочь пролить свет на эволюцию звёзд и обеспечит нам навигацию в глубоком космосе.

Пульсар в Парусах в представлении художника. Источник изображения: Science Communication Lab for DESY

Наблюдение за небом телескопом Fermi Large Area Telescope пополнило каталог гамма-пульсаров 294 ранее не известными объектами. Тем самым новая редакция каталога гамма-пульсаров содержит свыше 340 умерших звёзд, испускающих импульсы в этом диапазоне. Это примерно 10 % от всего обнаруженного земной наукой числа пульсаров на небе (3400), большинство из которых излучает в радиодиапазоне. Это не сильно впечатляющая выборка, но полученного материала достаточно, чтобы пролить больше света на эволюцию звёзд.

Пульсары представляют собой разновидность нейтронных звёзд, которые испускают импульсы в одном или в нескольких диапазонах сразу. Они образуются в результате коллапса звезды относительно небольшой массы — менее 1,6–2,4 солнечных масс. Звёзды большей массы превращаются в чёрные дыры. Далеко не всякая нейтронная звезда становится пульсаром. Ещё реже пульсары излучают только в гамма-диапазоне.

«Пульсары затрагивают широкий спектр астрофизических исследований, от космических лучей и звёздной эволюции до поиска гравитационных волн и тёмной материи», — сказал принимавший участие в создании каталога астрофизик Дэвид Смит из Астрофизической лаборатории Бордо, которая является частью Национального центра научных исследований Франции (CNRS). Данные «Ферми» стали и станут кладезем информации для целого спектра научных работ по астрономии.

Также гамма-пульсары с импульсами миллисекундной длительности хорошо подходят для космической навигации. Они могут служить своеобразными маяками для полётов в далёкий космос. Каталогизация таких объектов создаёт базу для прокладывания маршрутов по Солнечной системе с высочайшей точностью. Таких в новом каталоге 144.

Наконец, наблюдение за пульсарами может использоваться для обнаружения гравитационных волн. Такие волны от множества событий искажают ткань пространства-времени, что находит отражение во временных задержках импульсов от пульсаров. Это позволяет как лучше изучать процессы во Вселенной, так и проверять наши теории о ней.

В соседней с нами галактике Большое Магелланово Облако астрономы впервые смогли разглядеть диск газа вокруг молодой и растущей звезды. Эта галактика удалена от нас на 160 тыс. световых лет и это открытие кажется чудом, тем более, что облака пыли и газа редко дают нам увидеть такие явления даже у себя под носом в нашей галактике. И это невероятно удачный случай, позволяющий изучить похожие процессы эволюции звёзд в иных галактических условиях.

Джет и газовый аккрецирующий диск у юной звезды в представлении художника. Источник изображения: ESO\ALMA

Открытие сделано массивом антенных решёток ALMA в Чили и подтверждено спектрометром MUSE на телескопе VLT Южной европейской обсерватории (оба комплекса расположены в чилийской пустыне Атакама). Это оказался первый случай, когда за пределами Млечного Пути наблюдалось явление, ранее встречавшееся астрономам лишь в нашей галактике. Из таких газовых дисков вокруг молодых звёзд обычно формируются планеты, и изредка вещество диска питает саму звезду, что было выявлено также в случае сделанного открытия.

«Когда я впервые увидела свидетельства наличия вращающейся структуры в данных ALMA, я не могла поверить, что мы обнаружили первый внегалактический аккреционный диск. Это был особенный момент, — поделилась Анна Маклеод (Anna McLeod), доцент Даремского университета (Великобритания) и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature. — Мы знаем, что диски играют важную роль в формировании звёзд и планет в нашей галактике, и вот впервые мы видим прямое доказательство этого в другой галактике».

Толчком к открытию стало обнаружение спектрометром MUSE джета от формирующейся молодой звезды в глубине Большого Магелланового Облака, после чего системе был присвоен идентификатор HH 1177. Наличие джета у молодой звезды говорит, что на неё продолжает падать вещество, а это означает, что там должен присутствовать сформированный газовый диск, роняющий это самое вещество. Но для подтверждения существования газового диска требовалось измерить движение газа вокруг звезды.

Ближе к центру диск вращается быстрее, и эта разница в скорости и есть тот самый факт, который указывает астрономам на наличие аккреционного диска. Узнать скорость позволяет измерение частоты излучения от внутренней и внешней области газового диска, для чего массив ALMA подошёл на все 100 процентов. И в данных массива учёные эту информацию нашли. У молодой звезды в другой галактике действительно оказался аккрецирующий газовый диск, который не только в будущем сформирует там планеты, но он ещё и питал звезду, увеличивая её в размерах.

Почему пыль и газ не скрыли от нас эту картину? Учёные считают, что нам повезло увидеть формирование звезды в системе с небольшим содержанием металлов. В ней оказалось больше прозрачного газа, чем пыли, поэтому мы сумели разглядеть сокровенные процессы младенчества звезды и системы аж в соседней галактике.

Астрономы из Ливерпульского университета им. Джона Мурса пронаблюдали вспышку новой (nova) — звезды, яркость которой резко возрастает и медленно возвращается к исходному состоянию. Это оказалась самая «бесхозная» из обнаруженных новых — она удалена от родительской галактики Туманность Андромеда на 150 тыс. световых лет. На подобной дальности новые ещё не наблюдались.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 2.2 / 3DNews

Вспышка новой звезды сопровождается выделением огромного количества энергии. Она является результатом процесса аккреции в тесной двойной системе, содержащей белый карлик и его спутник. Белый карлик в тесной двойной системе перетягивает на себя вещество партнёра до запуска термоядерной реакции, которая выражается во взрыве. Изучение новых имеет огромное значение для расширения наших знаний о фундаментальных астрофизических процессах, в том числе об эволюции звезд. Поэтому так важно было пронаблюдать за поведением новой AT 2023prq, обнаруженной 15 августа 2023 года Установкой для поиска транзиентов им. Цвикки (Zwicky Transient Facility).

Наблюдением занялись астрономы Майкл Хили-Калеш (Michael Healy-Kalesh) и Дэниел Перли (Daniel Perley). Они воспользовались как телескопом университета, так и получили данные наблюдений с других инструментов. На основании полученных данных учёные сделали вывод, что новая AT 2023prq относится к классическим новым. Её абсолютный пиковый блеск достиг величины -7,6. Что стало сюрпризом, блеск упал на две единицы всего за неполные четверо суток. Обычно он падает долгими неделями, ведь за явлением увеличения яркости лежит самый настоящий термоядерный взрыв вещества на белом карлике.

Справа родительская галактика Туманность Андромеды, слева — искомая новая. Источник изображения: Research Notes of the AAS (2023). DOI: 10.3847/2515-5172/ad0a99

Другим сюрпризом стало то, что новая обнаружила себя на удалении 150 тыс. световых лет от родительской галактики. Её родная галактика — это Туманность Андромеды. Формально новая AT 2023prq находится в её гало. Это самая удалённая новая звезда из всех до сих пор наблюдаемых новых. Определённо, учёным будет над чем подумать, анализируя данные о звезде и сопровождающих её вспышку процессах.

Два мексиканских учёных на основании общедоступных данных от гамма-телескопа «Ферми» обнаружили активность возле сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей галактики. Чёрная дыра Стрелец А* в центре Млечного Пути считается спокойной. Она не пожирает массы вещества вокруг себя, и поэтому множественных выбросов из её области нет. Однако кое-что от неё прилетает, и учёные отыскали вероятный источник загадочных вспышек.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 2.2 / 3DNews

Несколько лет назад учёные обнаружили периодические вспышки в рентгеновском диапазоне, которые приходили к нам со стороны чёрной дыры Стрелец А*. Астрофизики Густаво Магальянес-Гихон (Gustavo Magallanes-Guijón) и Серхио Мендоса (Sergio Mendoza) из Национального автономного университета Мексики решили детальнее разобраться в этом вопросе и обратились к открытым данным орбитального гамма-телескопа Ферми. Учёные проанализировали 180 дней записей телескопа в период с 22 июня по 19 декабря 2022 года. О результатах анализа они сообщили в статье на сайте препринтов arХiv.

Анализ заключался в обработке и поиске закономерностей, особенно тех, которые проявляются периодически. В результате они нашли одну из них. Оказалось, что из окрестностей Стрельца А* с достоверностью 3 сигма (для «железного» подтверждения открытия требуется достоверность не менее 5σ) каждые 76,32 мин приходит гамма-сигнал. С большой вероятностью вокруг чёрной дыры в центре Млечного Пути вращается сгусток газа на расстоянии примерно как Меркурий от Солнца со скоростью около 30 % от скорости света.

Учёные считают, что облако газа будет излучать также в других диапазонах, и оно точно связано с ранее обнаруженными периодическими вспышками в рентгеновском диапазоне. Из самой чёрной дыры не вылетает никакое излучение, но в области поглощения вещества в диске аккреции процессы протекают очень и очень активно и сопровождаются выбросами энергии. Возможно в будущем Стрелец А* ещё зажжёт, но пока только подмигивает.

Учёные из коллаборации Telescope Array сообщили о регистрации «божественной» частицы, прилетевшей к нам из космоса. Поскольку частица прилетела из войда — из пустой области Вселенной — её источником может оказаться неизвестная нам физика, что делает открытие невообразимо ценным для учёных.

Ливень из вторичных частиц на массив датчиков телескопа TA в представлении художника. Источник изображения: Osaka Metropolitan University/L-INSIGHT, Kyoto University/Ryuunosuke Takeshige

Зарегистрированная энергия космической частицы достигла 244 эксаэлектронвольта (10¹⁸ электронвольт). Она стала одной из мощнейших по величине заряда из всех зарегистрированных нашей наукой. Первая подобная частица была детектирована в 1991 году, и её энергия составила 320 эксаэлектронвольт, за что она получила прозвище «Oh-My-God». В 1993 и 2001 годах были зарегистрированы ещё две частицы с энергиями, соответственно, 213 и 280 эксаэлектронвольт. Происхождение всех их остаётся невыясненным.

Последняя частица была детектирована на установке Telescope Array утром 27 мая 2021 года, за что её потом назвали в честь японской богини Солнца Аматэрасу (в коллективе присутствовал японец). Телескоп TA представляет собой массив датчиков со сторонами около 700 км с шагом в 1,2 км. Считается, что космические частицы максимальных энергий прибывают на Землю с частотой менее одной в сто лет на 1 км². И чем больше массив датчиков, тем выше вероятность засечь такую частицу.

Саму частицу Аматэрасу массив датчиков увидеть не может. Она разрушается в атмосфере при столкновении с атомами в воздухе и создаёт ливень обломков — частиц с меньшими энергиями, которые, собственно, обнаруживают детекторы. Данные с датчиков позволяют восстановить параметры исходной частицы и дают информацию для расчёта её траектории. Узнать откуда она прилетела — это главная задача в таких исследованиях.

Считается, что частицы с высочайшими уровнями энергии рождаются вне нашей галактики. Их источниками могут быть релятивистские процессы в чёрных дырах или невообразимые по мощности гравитационные возмущения. Наконец, причиной появления таких частиц может оказаться неизвестная нам физика вне рамок Стандартной модели. Частица Аматэрасу может оказаться одной из таких, поскольку она пришла из области Вселенной, где нет никаких видимых источников. Для учёных это редкая возможность буквально пощупать нечто неизвестное науке, и они обещают в полной мере воспользоваться этим.

Учёные из Университета Лидса сделали открытие, которое говорит о намного более частом возникновении во Вселенной тройных звёздных систем, чем считалось ранее. За много лет до этого открытием стало повсеместное обнаружение двойных систем, которые оказались крайне важны для эволюции звёзд и Вселенной. Таким же образом теперь тройные системы становятся «новыми бинарами», заявляют учёные, а это крутой поворот в изучении звёзд.

Тройная система из звёзд Be в представлении художника. Источник изображения: University of Leeds

Источником новых данных для астрономического коллектива университета стали астрометрические данные, собранные европейским спутником «Гайя» (Gaia). Этот аппарат картографирует звёздное население нашей галактики и кое-что за её пределами. По данным «Гайи» можно построить трёхмерную динамическую карту звёздного неба и увидеть маршрут каждой звезды, включая мельчайшие отклонения звёзд от своих траекторий, что укажет на присутствие в системе невидимых объектов — от газовых гигантов до других необнаруженных там звёзд и их останков, например, нейтронных звёзд.

Астрономы искали такие искажения в траектории звёзд B и Be. Предположение строилось на том, что распространённые газовые диски у звёзд Be (напоминающие кольца у Сатурна) в основном возникают из-за перетока масс от компаньонов по системе от меньшей звезды к большей. Учёные изучали различные сценарии: от наличия близких отношений, когда искажения траекторий звёзд отчётливо видны в данных «Гайи», до далёких, когда колебания звёзд практически незаметны.

Исследователи сделали предположение, что более крупные звёзды в тройных системах высосали массу из звёзд-компаньонов и те стали слабыми и незаметными. Поэтому их гравитационное влияние на более крупных партнёров перестало различаться. Но это не отменяет того, что система осталась тройной и эволюционировала таким образом с самого начала. Если это на самом деле обстоит так, как показывает новое исследование, то звёзды эволюционируют совсем иначе, чем представляет земная наука. Звёзды Be рассматриваются как своего рода полигон для изучения эволюции звёзд вообще, и ложное понимание их эволюции как преимущественно двойных систем могло создать у учёных неправильное представление о происходящих процессах.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

9 октября 2022 года зафиксирован ярчайший в истории наблюдений гамма-всплеск (GRB), энергия которого многократно превзошла все ранее наблюдаемые события такого рода. По горячим следам NASA заявило, что энергия вспышки достигла 18 ТэВ (тераэлектронвольт). Китайские учёные были с этим не согласны. В новой работе они доказывают, что мощность исторического GRB составила 13 ТэВ.

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

Гамма-вспышка GRB 221009A за свою исключительную яркость получила персональное название BOAT — The brightest of all time или, по-русски, «ярчайшая за всё время». Событие оказалось настолько энергичным, что все космические датчики были им ослеплены. За исключением китайского орбитального гамма-телескопа, который в этот момент проходил техническое обслуживание и работал с сильно сниженной чувствительностью. Тем не менее, данные с китайского спутника позволили оценить верхнюю границу энергии вспышки, которая оказалась ниже, чем реконструкция данных с аппаратов NASA.

В новой работе использованы данные с наземной высотной обсерватории Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO), которая следит за космическими лучами, включая гамма-излучение. Данные измерений LHAASO указывают на то, что событие BOAT сопровождалось выбросом энергии на уровне 13 ТэВ, о чём учёные сообщили в статье в журнале Science Advances. Согласно современным теориям, такую энергию могла испустить звезда примерно в 20 раз больше Солнца при коллапсе в чёрную дыру.

Реконструкция данных по событию BOAT для телескопа «Ферми». Источник изображения: NASA's Goddard Space Flight Center and Adam Goldstein (USRA)

Но событие BOAT интересно также по другой причине. Впервые учёные зарегистрировали гамма-всплеск, который длился намного дольше, чем во всех остальных случаях, а их науке известно около 12 тыс. Предполагается, что вспышки порождала ударная волна, летящая сквозь вещество сброшенной звездой оболочки. Обсерватория LHAASO намерена более детально изучить данные по событию GRB 221009A, что поможет уточнить физику процесса, который явно вышел за рамки известной нам физики.

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

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

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

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

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

Две новые далёкие галактики, обнаруженные «Уэббом»

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