Считается, что в центре почти всех галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры (СЧД), которые серьёзно влияют на их эволюцию. Подтвердить это можно было бы прямым наблюдением, благо СЧД с массой от сотен миллионов до миллиардов солнечных масс — это как слон в посудной лавке: их сложно не заметить. Однако проблема в том, что чёрные дыры хорошо видны только в том случае, если они обращены к нам торцом. Если же они расположены ребром, пыль и газ надёжно скрывают даже самые яркие из них.

Облако пыли вокруг СЧД в инфракрасном, видимом и рентгеновском свете (внизу), где справа диапазон сильных энергий. Источник изображений: NASA

Предыдущие исследования показывают, что пыль и газ скрывают около 15 % всех сверхмассивных чёрных дыр. Теория же предполагает, что таких объектов должно быть около 50 %. Новая работа, основанная на архивных данных телескопа IRAS 1980-х годов и запущенного в 2012 году рентгеновского телескопа NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array), позволила учёным из NASA сделать вывод, что за облаками пыли и газа скрываются 35 % сверхмассивных чёрных дыр. Этот результат лучше, чем показывали предыдущие исследования, но всё ещё не дотягивает до теоретических ожиданий.

Более точное знание о количестве сверхмассивных чёрных дыр и их расположении в центрах галактик необходимо для понимания эволюции последних. СЧД отбирают вещество у галактик, которое могло бы быть использовано для формирования новых звёзд (без чёрных дыр галактики были бы гораздо больше, чем мы наблюдаем). Кроме того, СЧД могут останавливать звездообразование, поглощая большие объёмы вещества. Это приводит к мощным выбросам энергии и частиц, которые выталкивают вещество из галактик.

Обсерватория Nuclear Spectroscopic Telescope Array

Поскольку охватить Вселенную невозможно, учёные делают выводы о процессах в ней на основе относительно небольшой выборки объектов. Поэтому важно знать, сколько СЧД может быть скрыто за облаками пыли, чтобы сделать выборку максимально точной. К счастью, наблюдения в инфракрасном диапазоне и рентгеновских лучах высоких энергий позволяют обнаруживать СЧД даже тогда, когда они обращены к нам ребром, а не яркими полюсами с аккреционным диском, джетами и световыми эффектами. Рентгеновское излучение высоких энергий и инфракрасный свет вызывают вторичное свечение облаков пыли и газа, что позволяет учёным обнаружить спрятанные сверхмассивные чёрные дыры. Именно благодаря этим методам учёные NASA смогли выявить больше СЧД там, где другие наблюдения оказались бессильны.

Обычно учёные даже не надеются разглядеть отдельные звёзды в далёких галактиках. Между тем, изучение звёзд на ранних этапах развития Вселенной необходимо для понимания эволюции галактик и Вселенной в целом. И тогда спасает случай, эффект гравитационного линзирования и появление более совершенных телескопов, таких как «Джеймс Уэбб». И звёзды сошлись.

Источник изображений: NASA

Астрономам из Университета Аризоны (University of Arizona) посчастливилось обнаружить одновременно десятки звёзд в галактике на таком отрезке времени, когда Вселенная была вдвое моложе — возрастом всего 6,5 млрд лет. В обычных условиях такая галактика выглядела бы на астрономических снимках, как тусклое пятно. Благодаря гравитационном линзированию в ней удалось разглядеть 40 отдельных звёзд и получить о них достаточное представление.

Открытие произошло благодаря двум наблюдениям «Уэбба» за сверхскоплением галактик Abell 370 на удалении примерно 4 млрд лет от Земли. На линии прямой видимости между Землёй и скоплением далеко за ним расположилась галактика «Дуга Дракона» (Dragon Arc). Изучение снимков скопления, сделанных «Уэббом» с разницей примерно в один год, помогло выявить четыре десятка звёзд, которые оказались родом из далёкой галактики.

Одни из обнаруженных далёких звёзд были ярче на одном снимке, другие — на втором. Анализ показал, что звёзды увеличивались как всей массой скопления Abell 370, эффект от чего назвали гравитационным макролинзированием, так и от отдельных звёзд в скоплении, которые не входили ни в какие тамошние галактики (летали свободно). Именно эти звёзды производили эффект гравитационного микролинзирования, меняя увеличение (и яркость) далёких звёзд за короткий промежуток времени — за недели и даже дни. И если скопление увеличивало галактику «Дуга Дракона» и отдельные звёзды в ней примерно в 100 раз, то отдельные звёзды в скоплении увеличивали свет далёких звёзд ещё примерно в 10 раз.

Сочетание редких условий и проницательность, а также упорство учёных дали поразительный результат — 40 наблюдаемых звёзд в галактике на удалении 6,5 млрд световых лет от Земли. Все они оказались красными гигантами на исходе своей жизни, как относительно недалёкая от нас яркая звезда Бетельгейзе. Примечательно, что «Уэбб» стал тем прибором, который впервые так далеко смог увидеть относительно холодные звёзды, ведь раньше самыми далеко обнаруживаемыми звёздами были яркие голубые гиганты. С помощью «Уэбба» астрономия взяла ещё одну планку и расширила для земной науки наблюдаемую Вселенную.

Исследование учёных из Университета Вашингтона позволяет предположить, что атомы в наших телах побывали не только в межзвёздном пространстве, но и в межгалактическом. Впервые спектральные измерения показали, что в гало галактик присутствуют огромные резервуары углерода, который поступает внутрь галактик и выходит наружу, циркулируя таким образом миллиарды лет и участвуя в эволюции галактических объектов.

Источник изображения: NASA

Считается, что элементы тяжелее водорода и гелия — включая углерод, кислород и железо — рождаются в звёздах и распространяются по галактикам и за их пределы после взрывов сверхновых. Новое исследование указывает на то, что такие элементы могут длительное время оставаться в гало галактик, многократно возвращаясь в галактические диски и участвуя в процессах звездообразования, формирования планет и других объектов, включая нас с вами и биологические организмы в целом.

В 2011 году было доказано, что галактики с продолжающимся звездообразованием окружены запасами кислорода. Гало вещества распространяется на расстояние до 400 тыс. световых лет, что в три-четыре раза превышает размеры самих галактик. Новое исследование показывает, что помимо кислорода в этих резервуарах содержится также огромное количество углерода — элемента, особенно интересного с точки зрения возможности существования биологической жизни.

Учёные использовали свет девяти далёких квазаров для анализа среды вокруг 11 галактик с продолжающимся звездообразованием. Данные о поглощении световых волн средой были получены с помощью спектрографа Cosmic Origins на космическом телескопе «Хаббл». Окологалактическая среда оказалась насыщена углеродом. Исследователи считают это ключом к пониманию эволюции галактик, в частности того, почему они так долго сохраняют способность к звездообразованию. Вещество, выброшенное из звёзд во время взрывов сверхновых, не улетучивается сразу во Вселенную, а длительное время остаётся в гало галактик и возвращается в галактические диски, где участвует в формировании новых звёзд и планет.

«Представьте окологалактическую среду как гигантскую железнодорожную станцию: она постоянно выталкивает материал наружу и втягивает его обратно, — поясняют учёные. — Тяжёлые элементы, из которых состоят звёзды, выбрасываются из их галактики-хозяина в окологалактическую среду в результате взрывов сверхновых. Затем эти элементы могут быть втянуты обратно, продолжая цикл формирования звёзд и планет».

Изучение динамики круговорота вещества в окологалактических средах важно для понимания того, как и с какой скоростью галактики превращаются в пустыни, где звездообразование прекращается. Это также позволяет глубже понять продолжительность этапов эволюции галактик.

«Для эволюции галактик и природы в целом наличие резервуара углерода, доступного для формирования новых звёзд, является захватывающим открытием, — пишут авторы исследования. — Тот же углерод, из которого состоят наши тела, скорее всего, провёл значительное время за пределами галактики!»

Один из запланированных штатных обзоров неба, выполненных обсерваторией имени Джеймса Уэбба, привёл к случайному, но удивительному открытию. В данных телескопа учёные обнаружили одну из самых совершенных галактик, известных во Вселенной, — спиральную галактику с упорядоченной структурой. Таких галактик, на поздних этапах эволюции Вселенной, обнаружено не более 10 %. «Уэбб» зафиксировал это чудо совершенства всего через один миллиард лет после Большого взрыва.

Близкая к нам галактика M1 — пример спиральной галактики с упорядоченной структурой. Источник изображения: NASA

Открытие сделала команда под руководством астронома Мэнъюань Сяо (Mengyuan Xiao) из Женевского университета в Швейцарии (University of Geneva). Галактика получила название Чжу-лун (дракон-предок или дракон с факелом).

«Чжу-лун показывает, что зрелые галактики возникли намного раньше, чем ожидалось, в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва, — пишет команда. — Наше открытие накладывает серьёзные ограничения на модели формирования массивных галактик и происхождения спиральных структур в ранней Вселенной».

Большинство известных нам спиральных галактик занимают промежуточное положение между строго упорядоченными и фрагментированными. Галактик со строго упорядоченной структурой — с аккуратными и симметричными рукавами и ярко выраженными структурными элементами — насчитывается всего около 10 %. Для образования такого порядка требуется чрезвычайно много времени.

Галактика Чжу-лун в данных «Уэбба». Источник изображения: University of Geneva

Тем удивительнее было обнаружить такую галактику всего через один миллиард лет после Большого взрыва. Это указывает на то, что галактики типа нашего Млечного Пути должны эволюционировать в десять раз быстрее, чем предполагалось ранее, а вокруг нас ничего подобного не наблюдается. Более того, до появления «Уэбба» мы не видели подобных хорошо структурированных галактик на удалении до 11,5 млрд световых лет. Галактика Чжу-лун была обнаружена на расстоянии, соответствующем возрасту Вселенной 12,8 млрд лет назад, что требует своего объяснения.

Анализ данных по Чжу-лун показал, что скорость звездообразования в этой галактике замедляется и на момент наблюдения составляла от 20 до 155 солнечных масс в год (для сравнения, скорость звездообразования в Млечном Пути составляет около трёх солнечных масс в год). Чёрная дыра в центре Чжу-лун демонстрирует состояние покоя. По всем признакам, галактика завершила свою эволюцию в те времена, когда Млечный Путь только начинал своё формирование. Но даже сейчас Млечный Путь не столь организован, как Чжу-лун 12,8 млрд лет назад.

«Откуда есть пошёл Млечный Путь?», — задаются вопросом учёные, если перефразировать Нестора-летописца. Восстановить пути эволюции нашей галактики можно, если изучать похожие объекты со времён их зарождения в ранней Вселенной. На триллионы галактик во Вселенной найдутся миллиарды мало отличимых от Млечного Пути. Одна из таких галактик обнаружена благодаря гравитационному линзированию. Это новорожденный близнец нашей галактики — ему всего 600 млн лет.

Источник изображения: NASA

Галактика-близнец Млечного Пути получила поэтическое имя Искорка Светлячка (Firefly Sparkle). Наши приборы никогда не засекли бы её (разве только как искорку), если бы на пути света от неё не попалось огромное галактическое скопление. Масса скопления создала эффект линзы, преломив и усилив свет от далёкой галактики. Благодаря этому учёные смогли разглядеть её структуру и выделить в ней несколько зон звездообразования.

В основном успех при наблюдении этого объекта достигнут благодаря высокой чувствительности инфракрасных датчиков космической обсерватории им. Джеймса Уэбба. Именно его датчики помогли составить образ далёкой и молодой галактики после неминуемых при гравитационном линзировании искажений.

Галактика Firefly Sparkle наблюдается через 600 млн лет после Большого взрыва. У неё определено 10 отчётливых зон активного звездообразования. Каждая из зон имеет массу от 10⁵ до 10⁶ солнечных масс. Эти наблюдения дают науке первое спектрофотометрическое представление о типичной галактике на ранних стадиях её развития во Вселенной. У галактики Искорка Светлячка даже есть две сопутствующие карликовые галактики, роль которых для Млечного Пути исполняют галактики Большое и Малое Магеллановы Облака.

Не секрет, что галактики могут сталкиваться, что ведёт к изменениям в ландшафте Вселенной и к эволюции самих галактик. Изучение последствий таких явлений позволит лучше понять основополагающие процессы мироздания и повысит точность прогнозирования. Интереснейшим объектом в этом плане остаётся самый опасный «перекрёсток» во Вселенной — так называемый Квинтет Стефана, где галактики сталкивались раньше и сталкиваются теперь.

Комбинированные данные. Источник изображения: William Herschel Telescope Enhanced Area Velocity Explorer

Интерес к Квинтету Стефана — группе из четырёх взаимодействующих галактик (пятая случайно оказалась в кадре) — подчёркивается тем, что «Джеймс Уэбб» запечатлел этот объект в своей самой первой сессии научных снимков, как только приступил к научной работе. Ранее Квинтет Стефана снимали другие оптические и радиотелескопы. Последние дают наиболее полное представление о распределении газа и пыли в области столкновения и поведении фронта ударной волны от столкнувшихся гало галактик.

В новой работе учёные объединили данные с радиотелескопов Low Frequency Array (LOFAR), Very Large Array и спектрометра William Herschel Telescope Enhanced Area Velocity Explorer (WEAVE) на телескопе им. Уильяма Гершеля в Ла-Пальме (Испания) с изображениями «Джеймса Уэбба». Общие данные помогли в деталях воспроизвести место «аварии», в ходе которой галактика NGC 7318b на скорости 3,2 млн км/ч врезалась в останки предыдущих столкновений. Скорость фронта ударной волны оказалась настолько большой, что смогла сорвать электроны с орбит атомов межзвёздного газа и пыли. Возникли области плазмы, которые хорошо видны в данных радиотелескопов и на спектрометре.

«С момента своего открытия в 1877 году Квинтет Стефана пленил астрономов, потому что он представляет собой галактический перекрёсток, где прошлые столкновения между галактиками оставили после себя сложное поле обломков, — заявила Марина Арнаудова, руководитель группы и исследователь из Университета Хартфордшира. — Динамическая активность в этой группе галактик теперь возобновилась из-за того, что галактика пронеслась сквозь неё с невероятной скоростью более 2 миллионов миль в час (3,2 миллиона км/ч), что привело к чрезвычайно мощному удару, очень похожему на звуковой удар реактивного истребителя». Только этот «истребитель» двигался в 800 раз быстрее обычного...

Квинтет Стефана на кадрах «Уэбба»

«Наряду с деталями удара и разворачивающегося столкновения, которые мы видим в Квинтете Стефана, эти наблюдения дают замечательный взгляд на то, что может происходить в формировании и эволюции едва различимых слабых галактик, которые мы видим на пределе наших текущих возможностей», — добавил другой автор работы.

Для роботизированного спектрометра WEAVE это было первое наблюдение. Прибор начал работать с 2022 года и с тех пор занимает 70 % времени наблюдений телескопа, на который установлен. С его помощью ожидается множество новых открытий.

В данных космической обсерватории им. Джеймса Уэбба учёные обнаружили трёх «Красных монстров» — три сверхмассивных для своего времени галактики, скорость формирования которых выходит за рамки современной космологии. Выборка небольшая, но она заставляет искать новые признаки нашего неточного понимания природы формирования звёзд и галактик на ранних этапах жизни Вселенной.

Источник изображения: University of Geneva

Международная группа учёных во главе с астрономами из Женевского университета (UNIGE) использовала собранные «Уэббом» данные по галактикам на красных смещениях от z=5 до z=9. Для этих значений возраст Вселенной составлял 1–1,5 млрд лет. По причине ускоренного разлёта звёзд и галактик во Вселенной длина волны фотонов становится длиннее и уходит во всё более красную область, что можно определить по спектральным измерениям. «Уэбб» как раз специализируется на таком. Тем самым он позволяет с приемлемой точностью определить расстояния до объектов и их массу.

Учёные отобрали для углублённого анализа 36 далёких массивных, пыльных, звездообразующих галактик. Из этого числа 33 галактики укладывались в рамки современных представлений о скорости их формирования, однако три вышли далеко за пределы моделей. За эту уникальность и сверхбольшую массу эти три объекта назвали «Красными монстрами». Расчёты показали, что для достижения наблюдаемых масс скорость рождения звёзд в них должна была быть на 50 % больше предсказываемой.

Нельзя исключать, что в данные наблюдений могли вкрасться ошибки. И всё же, учёные не исключают возможности, что в ранней Вселенной могли складываться условия для ускорения процессов рождения звёзд. Пока фактического материала недостаточно, чтобы потрясти основы современной космологии. Формируется лишь намёк на неполноту знаний о процессах и явлениях в ранней Вселенной. «Уэбб» вряд ли станет тем инструментом, который не оставит камня на камне на предыдущих воззрениях, но сомнения он заронил, а в науке нет ничего ценнее критики и здорового скептицизма.

Эйнштейн окончательно сформулировал осенью 1915 года свои уравнения о связи материи, пространства и времени. С тех пор учёные провели немало наблюдений, пытаясь либо доказать, либо опровергнуть их применимость к нашей Вселенной. Наука ко всему относится со скепсисом, и это двигает её вперёд. Если однажды окажется, что Эйнштейн в чём-то ошибался, то это станет возможностью открыть новую физику, но пока это никому не удалось.

Моделирование космической паутины — нитей и скоплений тёмной материи, собирающие галактики вместе. Источник изображения: TNG

Строго говоря, уравнения Эйнштейна применительно к нашей Вселенной решил российский и советский учёный Александр Фридман в 1922 году. Потому нашу Вселенную можно справедливо называть «фридмановской». Она «пылевая» и нестатичная, что означает равномерное распределение материи (любая звезда или даже галактика на её масштабе будет выглядеть пылинкой) и расширение с ускорением. Сам Эйнштейн не предполагал, что такое возможно. Когда он выводил свои уравнения, никто, включая его самого, не знал о тёмной материи, тёмной энергии, чёрных дырах и других феноменах. Однако всё это нашло отражение в решениях его уравнений. Учёные продолжают пытаться найти в них изъяны, но пока безуспешно.

Сегодня уравнения Эйнштейна и его Общая теория относительности подверглись самому суровому испытанию за всё время. Учёные проанализировали первый год работы прибора DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) собирающего данные с 2019 года о галактиках и квазарах примерно с 3 млрд лет после Большого взрыва. Первый обзор по проекту был опубликован в апреле 2024 года. Сейчас ведётся подготовка обзора за первые три года работы прибора, а всего предусмотрено пять лет наблюдений. Полученные данные позволяют дать точную оценку скорости формирования галактик на глубину до 11 миллиардов лет назад. Это даёт учёным динамическую карту распределения масс по Вселенной, которое также можно рассчитать по уравнениям Эйнштейна.

На днях на сайте препринтов arXiv опубликованы три новые работы, отправленные на рецензирование, в которых даётся оценка выводов из Общей теории относительности в соответствии с распределением 6 млн галактик за 11 млрд лет истории Вселенной, полученных из годичного обзора DESI. Значимых расхождений в распределении масс между наблюдениями и расчётами по Эйнштейну нет.

Также новые выводы учёных позволили ограничить по верхнему пределу массу нейтрино и закрыть некоторые из альтернативной теории гравитации. Эйнштейн по-прежнему прав в определении точной зависимости между материей, пространством и временем. Вселенные не выбирают. Нам досталась такая: с абсолютной скоростью света, с ускоренным расширением и одинаковым пространством по всем направлениям.

Группа астрономов создала самую полную 3D-карту так называемого Местного пузыря — области пространства вместе с Солнечной системой, которая образовалась после взрыва сверхновой 14 млн лет назад. В общих чертах границы Местного пузыря были известны учёным. Новое исследование с помощью рентгеновского телескопа eROSITA позволило обнаружить неизвестный ранее элемент пузыря — что-то типа межзвёздного тоннеля или отростка в сторону созвездия Центавра.

Источник изображений: Michael Yeung/MPE

Интересно, что идея о соединении всех подобных пузырей, остающихся после взрывов сверхновых, своеобразными межзвёздными тоннелями была выдвинута учёными NASA ровно 50 лет назад. Сделанное с помощью нового инструмента открытие может стать первым шагом для сбора доказательств в пользу этой гипотезы.

Телескоп eROSITA стал первым рентгеновским инструментом, который наблюдал за Вселенной, находясь далеко за пределами Земли. Вокруг нашей планеты существует большое гало водорода, известное как геокорона. Геокорона распространяется более чем на 600 тыс. км от поверхности Земли. Солнечный ветер взаимодействует с атомами водорода в геокороне, возбуждая в ней рассеянное рентгеновское излучение подобно тому, которое испускают атомы газа в Местном пузыре. Телескоп eROSITA расположен в точке Лагранжа L2 на удалении 1,5 млн км от Земли и не страдает от помех в геокороне.

Для составления пространственной карты Местного пузыря небо было разделено на 2000 участков, каждый из которых рассматривался рентгеновским телескопом отдельно. Местный пузырь, оставшийся от взрыва сверхновой сравнительно недалеко от Солнца (так вышло случайно), разметал вещество в виде классической биполярной туманности. Внутри пузыря атомов существенно меньше, чем в остальном межзвёздном пространстве, и все они разогреты до миллионов кельвинов. К счастью для нас, атомы настолько разрежены в пространстве, что они не нагревают окружающую материю, но при этом легко детектируются соответствующими инструментами.

Градиент температур в Местном пузыре, измеренный eROSITA

Благодаря обзору eROSITA, Местный пузырь получил наиболее точное описание, включая определение градиента температуры. Впечатляющим открытием стало обнаружение «отчётливого рельефа» — ранее неизвестного тоннеля с разреженным газом в сторону созвездия Центавра. В том направлении находится несколько объектов — два молекулярных облака, туманность Гама, ещё один соседний пузырь, что-то ещё, но к какому конкретно объекту уходит тоннель, остаётся непонятным. Так или иначе, исследователи получили ценные данные, благодаря которым удаётся восстановить историю нашей галактики. А кто знает историю, тот не потеряется в будущем.

Интерактивную карту Местного пузыря и его ближайших окрестностей можно найти по ссылке. Жаль, что телескоп eROSITA переведён в режим сна 26 февраля 2022 года по требованию немецкой стороны. Он должен был работать 7 лет, а провёл за наблюдениями неполных 2 года.

Космический телескоп «Хаббл» (Hubble) прислал снимок далёкой спиральной галактики — ему удалось запечатлеть не только яркое световое шоу в областях звездообразования, но и короткую вспышку сверхновой, ещё более яркую, чем все её соседи.

Источник изображения: esahubble.org

Спиральная галактика NGC 1672 с перемычкой располагается в 49 млн световых лет от Земли и наблюдается в созвездии Золотая Рыба. Яркий свет галактике придают миллиарды подпитываемых газообразным водородом звёзд, а красным на снимке обозначены недавно сформировавшиеся и чрезвычайно горячие звёзды, испускающие мощное излучение. Ещё более ярким является активное галактическое ядро — сверхмассивная чёрная дыра, которая интенсивно поглощает вещество. В подпитывающем её кольце газа находится множество горячих молодых звёзд, обозначенных на снимке яркими розовыми пятнами.

Будучи вместилищем активного галактического ядра, NGC 1672 относится к сейфертовским галактикам. Композицию «Хаббла» дополняет сверхновая класса I под названием SN 2017GAX, которая хорошо видна около правого нижнего угла изображения. Сверхновая — яркий взрыв, происходящий, когда гигантская звезда подходит к концу своего жизненного цикла и коллапсирует. Этот эффект может оказаться ярче целой галактики. Сделанные менее чем за год снимки галактики NGC 1672 показали, что SN 2017GAX начинает превращаться в небольшую зелёную точку. Разницу можно увидеть на одной из страниц сайта Европейского космического агентства, где представлено наглядное сравнение снимков.

NASA опубликовало полученный космическим телескопом «Джеймс Уэбб» (JWST) снимок галактики, известной под номерами M74 и NGC 628, а также под неофициальным названием «Фантом». Впервые аппарат запечатлел её в 2022 году.

Галактика NGC 628 — снимок на MIRI и NIRCam. Источник изображений: esawebb.org

Старое изображение было получено при помощи прибора MIRI (Mid-InfraRed Instrument) среднего инфракрасного диапазона на телескопе «Джеймс Уэбб»; в новом данные MIRI были объединены с данными прибора Near-InfraRed Camera (NIRCam), работающего в ближнем инфракрасном диапазоне. Это помогло учёным проекта Feedback in Emerging extrAgalactic Star clusTers (FEAST) изучить расположенные в этой области звёздные ясли.

Галактика NGC 628 — снимок на NIRCam

Звёздные ясли — области в космосе, заполненные газами и молекулярными облаками. Здесь рождаются звёзды и планеты, поэтому чаще их называют областями звездообразования. Основная задача проекта FEAST — изучать образование и взаимодействие звёзд за пределами нашей галактики. Подсчитывая объёмы энергии, которую звезды выбрасывают в окружающую среду, учёные могут лучше понять механизмы их появления.

Объединив данные MIRI и NIRCam, учёные получили основания сделать вывод, что спиральные рукава галактики M74 — наиболее активные области звездообразования в ней. Снимок NIRCam помог увидеть линии излучения водорода, которые не так сильно подвержены влиянию пыли, и которые показывают, где формируются новые массивные звёзды.

Учёные Южной европейской обсерватории (ESO) с помощью радиотелескопа ALMA сделали удивительное открытие, которое бросает вызов нашему пониманию эволюции галактик. Всего в 700 млн лет от Большого взрыва они обнаружили галактику, своей структурой напоминающей наш Млечный Путь. Это самая далёкая спиральная галактика с вращающимся диском за всю историю наблюдений. Её там просто не должно было быть.

Источник изображения: ESO

Современная теория эволюции звёзд и галактик полагает, что из хаоса слияний этих объектов чёткая и упорядоченная структура с вращающимся диском получится лишь после нескольких миллиардов лет эволюции. Посмотрите на Млечный Путь! Этой галактике потребовалось 13,8 млрд лет, чтобы достичь гармонии в геометрии и движении. Благодаря телескопу «Джеймс Уэбб» открытия стали нарушать гармонию теорий. Например, год назад стало известно о «близняшке» Млечного Пути, обнаруженной через 2 млрд лет после Большого Взрыва. Новое открытие вскрыло ещё более вопиющую странность. Сформированная зрелая галактика с вращающимся диском обнаружена ещё на 1,3 млрд лет раньше.

Странная галактика получила название REBELS-25. Строго говоря, она обнаружена в данных ALMA (Атакамская большая антенная решётка миллиметрового диапазона) не сегодня. Но с момента обнаружения REBELS-25 учёные собрали достаточно доказательств, чтобы убедиться в своей правоте: REBELS-25 — это то, чем она кажется. Дополнительные исследования собрали доказательства, что эта галактика представляет собой самый удалённый вращающийся диск и развитую структуру с перемычкой из звёзд в центре и спиралевидными рукавами. Эта колоссальная структура не могла и не должна была стать такой, как мы её видим ко времени её наблюдения.

«Наблюдение галактики, имеющей такое сходство с нашим собственным Млечным Путём, в которой преобладает вращение, бросает вызов нашему пониманию того, как быстро галактики ранней Вселенной эволюционируют в упорядоченные галактики современного космоса», — сказала Люси Роуленд (Lucie Rowland), докторант Лейденского университета и первый автор исследования.

Теория предполагает, что чёрные дыры в центрах галактик способны «задуть свечу их жизни» — лишить вещества для образования новых звёзд. Космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба помогла воочию увидеть такой процесс — сверхмассивная чёрная дыра почти мгновенно в масштабах жизни Вселенной уморила голодом галактику-хозяина.

Источник изображения: University of Cambridge

Астрономы из Университета Кембриджа заинтересовались далёкой массивной галактикой GS-10578, большинство звёзд в которой образовались в период с 12,5 до 11,5 млрд лет назад. Благодаря инфракрасной чувствительности «Уэбба» такое наблюдение стало впервые возможным с невероятной детализацией. Галактика GS-10578 имеет массу около 200 млрд солнечных масс. Для юности Вселенной это примерно эквивалентно массе Млечного Пути — нашей родной галактики (масса Млечного Пути составляет 1,2–1,9 трлн солнечных масс). Удивительным стало открытие, что по масштабам Вселенной образование звёзд в GS-10578 прекратилось очень быстро. Галактика быстро разрослась до гигантских для того времени размеров и «умерла». Почему?

Инфракрасная чувствительность «Уэбба» помогла обнаружить улетающий из галактики со скоростью более 1000 км/с холодный газ. Это скорость, позволяющая веществу преодолеть гравитационное притяжение галактики GS-10578, тем самым лишая её «пищи» для зарождения новых звёзд. Облака холодного газа не проявляют себя в спектре наблюдений «Уэбба», но он смог определить их скопления и скорость улёта по ослаблению света фоновых звёзд в галактике. Ранее такие измерения (холодного газа) можно было проводить только с помощью радиотелескопов, поэтому «Уэбб» действительно удивил. Полученные данные учёные намерены уточнить с помощью массива антенных решёток радиотелескопа Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA). Как минимум, ALMA сможет заглянуть внутрь галактики и попытается обнаружить хоть какое-то холодное топливо для процесса рождения новых звёзд.

«Основываясь на более ранних наблюдениях, мы знали, что эта галактика находится в затухающем состоянии: в ней образуется не так много звёзд, учитывая её размер, и мы ожидали, что существует связь между чёрной дырой и окончанием звездообразования, — поясняют авторы работы. — Однако до появления «Уэбба» мы не могли изучить эту галактику достаточно подробно, чтобы подтвердить эту связь, и мы не знали, является ли это подавленное состояние временным или постоянным».

Физика происходящего процесса проста. Вещество падает на чёрную дыру и вызывает выбросы энергии и вещества в сторону от неё. От чёрной дыры постоянно «дует» поток частиц, унося молекулярные газы и пыль от центра галактики и, как мы видим, даже прочь от неё.

«Мы нашли виновника, — продолжают учёные. — Чёрная дыра убивает эту галактику и удерживает её в состоянии покоя, перекрывая источник "пищи", необходимой галактике для образования новых звёзд».

Группа американских учёных при помощи космических телескопов «Чандра» (Chandra) и «Хаббл» (Hubble) обнаружила расположенную в относительной близости от Земли пару сверхмассивных чёрных дыр, которые ждёт слияние.

Источник изображений: nasa.gov

Две сверхмассивные чёрные дыры расположены в переживающих слияния галактиках MCG-03-34-64 на расстоянии 800 млн световых лет от нас — сами объекты разделяют всего 300 световых лет. Они активно поглощают газ и пыль в окрестностях, производя выбросы излучения и вещества — джеты. Такие области называются активными ядрами галактик, и они могут быть настолько яркими, что их свет перебивает свет всех звёзд в их галактиках.

Эта пара находится на огромном расстоянии от Земли, но это все равно самая близкая пара активных ядер галактик, которые наблюдаются в нескольких диапазонах: у «Хаббла» это видимый свет, а у «Чандры» — рентгеновское излучение. Ранее была обнаружена пара сверхмассивных чёрных дыр, расположенных ближе друг к другу, чем эта, но их присутствие удалось подтвердить только в радиочастотном диапазоне.

В будущем расстояние между двумя объектами будет сокращаться. Вращаясь вокруг друг друга, они производят рябь в пространстве и времени — гравитационные волны. Это вызывает сокращение их углового момента, провоцируя сближение чёрных дыр. Примерно через 100 млн лет они окажутся настолько близко друг к другу, что их огромная гравитация возьмёт верх, после чего произойдёт их столкновение и слияние.

Считается, что двойные активные ядра галактик в ранней Вселенной были распространенным явлением, когда чаще происходили и слияния самих галактик. Сейчас учёным представилась уникальная возможность наблюдать это явление — двойную систему открыли благодаря счастливой случайности: «Хаббл» обнаружил её среди данных, указывавших на высокую концентрацию кислорода в небольшой области MCG-03-34-64. Впоследствии этот же регион изучили при помощи «Чандры».

На достигнутом астрономы останавливаться не стали — они запросили архивы наблюдений наземного комплекса VLA (Very Large Array) в американском штате Нью-Мексико, и те показали, что пара сверхмассивных чёрных дыр также испускает мощные радиоволны. «Хаббл» же обнаружил и третий яркий источник света в этой области: предполагается, что это газ, на который оказал воздействие плазменный джет, выпущенный одной из чёрных дыр — так струя воды из садового шланга обрушивается на кучу песка.

В прошлом году космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) случайно обнаружил на небе объект в форме вопросительного знака. Он попал в нижнюю часть снимка пары формирующихся звёзд в созвездии Паруса, расположенных примерно в 1470 световых годах от Земли. Международная группа учёных утверждает, что ей удалось разобраться в природе загадочного объекта.

Слияние двух галактик на снимке «Джеймса Уэбба». Источник изображений: nasa.gov

По красному цвету объекта астрономы уже знали, что он довольно далёк. Рабочая гипотеза гласила, что он представляет собой пару галактик, которые по спиралевидной траектории приближаются друг к другу. Это подтвердил последний снимок данного участка неба. Вопросительный знак сформировали две взаимодействующие галактики: красная пылевая отмечает изгиб вопросительного знака, а белая спиральная прижимается к петлеобразной дуге справа от неё. Точку образует третья галактика, которая не имеет отношения к первым двум — она просто оказалась в нужном месте с позиции «Джеймса Уэбба».

Согласно данным телескопа, две галактики находятся в 7 млрд световых лет от Земли и достаточно близко, чтобы взаимодействовать друг с другом. Возможно, в процессе столкновения их газовых резервуаров появились регионы звездообразования. Сильного искажения нормальной формы нет ни у одной из них, «поэтому мы, вероятно, наблюдаем начало их взаимодействия друг с другом», говорят учёные. Изображения объектов искажаются и дублируются скоплением галактик на переднем плане — оно настолько массивно, что происходит деформация пространства и времени, которая называется гравитационным линзированием. В итоге красная галактика из пары запечатлена на снимке пять раз.

Слияние двух галактик в версии телескопа «Хаббл» (Hubble)

«Многозеркальное» гравитационное линзирование, эффект которого наблюдается на новом изображении «Джеймса Уэбба», встречается нечасто — оно требует особых положений наблюдателя, отдалённых галактик и линзирующего объекта. В данном случае в роли последнего выступает скопление галактик MACS-J0417.5-1154; а вид производимого им эффекта носит название «гиперболическая омбилическая гравитационная линза». Пока учёным довелось наблюдать не так много подобных явлений.

Изучая области звездообразования на последнем снимке, астрономы могут сделать выводы о развитии галактик на протяжении истории Вселенной. Он также проливает свет на прошлое и нашего Млечного Пути: массы двух галактик на снимке аналогичны массе нашей миллиарды лет назад — с этим изображением «Джеймс Уэбб» помогает нам заглянуть в её юношеские годы, рассказывают исследователи.