Проблема первородства звёзд и чёрных дыр — это своего рода проблема курицы и яйца. Что появилось раньше? Мы видим, как массивные звёзды превращаются в чёрные дыры — это доказанный факт. Одновременно с этим мы замечаем в ранней Вселенной присутствие сверхмассивных чёрных дыр, которые просто не успели бы вырасти до регистрируемых масс. «Джеймс Уэбб», похоже, готов дать ответ на эту загадку.

Источник изображения: The Astrophysical Journal Letters

На днях в журнале The Astrophysical Journal Letters была опубликована работа, в которой группа учёных из Университета Джона Хопкинса в США и Университета Сорбонны во Франции собрала данные «Уэбба» по обнаруженным в ранней Вселенной чёрным дырам и представила больше доказательств в пользу гипотезы об одновременном рождении звёзд и чёрных дыр. Эти данные будут набираться и дополняться новыми наблюдениями, что позволит со временем создать стройную теорию эволюции объектов во Вселенной и её самой.

Учёные обратили внимание, что «Уэбб» обнаружил одну сверхмассивную чёрную дыру через 470 млн лет после Большого взрыва, а другую — через 400 млн лет. Масса последней была определена на уровне 1,6 млн солнечных. Она находилась в центре галактики, которая была легче, чем дыра в её сердцевине. Чёрная дыра подобной массы не могла вырасти до фиксируемого значения. Из того, что мы наблюдали, чёрные дыры возникали после коллапса умирающих звёзд массой свыше 50 солнечных. Ничего подобного в ранней Вселенной не могло произойти, чтобы проявился наблюдаемый там эффект — крошечная галактика, собранная вокруг СЧД.

Исследователи делают вывод, что первичные чёрные дыры образовались одновременно с первыми звёздами или чуть раньше из облаков первичной материи. Центры облаков коллапсировали и возникшая в каждом из них чёрная дыра начинала испускать ветер, запускающий и ускоряющий процесс звездообразования. Фактически первичные чёрные дыры стали тем инструментом, который собрал и превратил галактики в те структуры, которые мы наблюдаем.

«Мы утверждаем, что от чёрных дыр отлетают газовые струи облаков, превращая их в звёзды и значительно ускоряя скорость звездообразования, — говорят авторы работы. — Мы не можем точно разглядеть эти сильные ветры или струи далеко-далеко, но мы знаем, что они должны присутствовать, потому что мы видим много чёрных дыр на ранних стадиях развития Вселенной».

Космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба сделала два редких наблюдения — напрямую увидела две экзопланеты в системах с белыми карликами. Это экзотика в квадрате — получить свет от планет вне Солнечной системы и ещё переживших смерть своей звезды.

Художественное представление экзопланеты-гиганта в системе с белым карликом. Источник изображения: Robert Lea

Статья об открытии ещё не прошла рецензирование и находится на сайте arXiv. Экзопланеты-кандидаты были обнаружены прибором «Уэбба» MIRI в среднем инфракрасном диапазоне, когда в поле зрения телескопа попали белые карлики WD 1202-232 и WD 2105-82. Одна из потенциальных экзопланет располагается на расстоянии от звезды примерно в 11,5 раз дальше, чем Земля отстоит от Солнца. Второй кандидат находится ещё дальше от своей звезды — на удалении в 34,5 раза дальше, чем расстояние между нашей планетой и Солнцем.

Массы обеих экзопланет пока неизвестны. Для их определения необходимы новые наблюдения. По грубым оценкам, каждая из экзопланет может быть от 1 до 7 раз тяжелее Юпитера — самой большой планеты Солнечной системы. Пока масса этих объектов не будет определена, они будут считаться кандидатами в экзопланеты. Их предыдущие орбиты, по-видимому, были намного ближе к звёздам. Вероятно, примерно на том месте, где сейчас находятся орбиты Сатурна и Юпитера. Когда звёзды в этих системах умирали и превращались в красных гигантов, их разросшиеся оболочки выжигали и выталкивали всё до орбиты Марса, и это могло также привести к изменению орбит экзопланет-гигантов.

Глядя на системы WD 1202-232 и WD 2105-82 мы фактически наблюдаем слепок с Солнечной системы примерно через 5 млрд лет, когда Солнце пройдёт стадию красного гиганта и сбросит внешнюю оболочку, оставив в центре системы остывающее ядро — белый карлик.

Источник изображения: Mulaney, et al, 2024

Кстати, от 25 % до 50 % наблюдаемых белых карликов демонстрируют повышенное содержание металлов по классификации астрономии — химических веществ тяжелее водорода и гелия. На примере наблюдаемых систем с выжившими планетами-гигантами можно предположить, что они сбрасывают на ядра звёзд астероиды и кометы, являясь источниками загрязнения остатков звёзд металлами. Тем самым планеты-гиганты могут считаться распространёнными телами в звёздных системах.

Ещё одно интересное наблюдение кандидатов в экзопланеты заключалось в том, что они были намного горячее в определённом диапазоне инфракрасного спектра, чем можно было бы ожидать. Это позволяет надеяться, что дополнительное тепло может поступать, например, от их спутников. Тем самым у нас появляется шанс впервые открыть экзолуну. Одним словом, обнаружены очень перспективные для наблюдений объекты и «Уэбб» ещё наверняка уделит им внимание.

Находясь внутри Млечного Пути, мы мало что можем сказать о нашей галактике как о едином объекте. Но зато мы можем смотреть вокруг и находить во Вселенной массу похожих спиральных галактик и взглянуть на свой космический дом как бы со стороны. Сегодня NASA предлагает насладиться роскошными видами 19 ближайших спиральных галактик, во многом напоминающих нашу.

Все изображения можно увеличить, нажав на них (откроется новое окно). Источник изображений: NASA

Завершить многолетние наблюдения помогла космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба. Этот телескоп работает в инфракрасном ближнем и среднем диапазонах, улавливая излучение от нагретого газа и пыли. Межзвёздный газ и пыль поглощают свет в видимом и ультрафиолетовом диапазонах и, нагреваясь, светятся в инфракрасном спектре, обозначая своё положение и структуру во Вселенной.

Слева вверху изображение галактики NGC 628 в инфракрасном диапазоне (Уэбб), справа внизу — в видимом (Хаббл)

До наблюдений «Уэбба» сбором информации по 19 близлежащим спиральным галактиками занимались оптический телескоп «Хаббл», «Атакамская большая [антенная] решётка миллиметрового диапазона» ALMA и спектральный прибор MUSE на Очень большом телескопе в Чили, который, в том числе, работал в ультрафиолетовой области спектра. «Уэбб» завершил связанный с этими наблюдениями проект PHANGS, добавив наблюдения в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах.

Комбинированное изображение галактики NGC 628 во всех диапазонах сразу. До неё 32 млн световых лет

Все наблюдаемые 19 галактик расположены на удалении от 30 до 80 млн световых лет от нас. Они выбраны из множества других галактик за самый удобный ракурс для изучений — все они расположены к нам лицом и могут раскрыть свою структуру во всех деталях. Это чудесные рукава, области пыли и звездообразования, яркие центральные области со сверхплотными скоплениями старых звёзд, оставшиеся после взрывов сверхновых в межзвёздном веществе и сверхмассивные чёрные дыры в некоторых из центров галактик.

Галактика NGC 1300, до которой 69 млн световых лет

Одновременно с изображениями галактик команда проекта PHANGS выпустила каталог примерно со 100 000 звёздных скоплений, которые в них наблюдаются. Материал получился настолько обширный, что обработать все данные одному коллективу физически невозможно. Учёные ожидают, что на основе собранной информации будут составлены новые каталоги по миллионам звёзд, что позволит ещё лучше понять их эволюцию на примере множества новых наблюдений. На этой странице на сайте NASA можно скачать все представленные изображения в высоком разрешении.

Галактика NGC 4254

В соседней с нами галактике Большое Магелланово Облако есть места, где звездообразование идёт с колоссальной скоростью, которая могла повсеместно наблюдаться вскоре после рождения Вселенной. Учёные получили возможность наблюдать фактически повторение древнего явления буквально вблизи нашего галактического дома — Млечного Пути. Но без космической обсерватории «Джеймс Уэбб» такое было бы невозможно. Только она может видеть сквозь облака пыли и газа.

Туманность N79. Лучи — это артефакты от главного зеркала телескопа. (нажмите, чтобы увеличить). Источник изображения: NASA

Астрономы направили зеркало «Уэбба» на массивный звездообразующий комплекс N79 в галактике Большое Магелланово Облако. Благодаря наблюдению с помощью четырёх фильтров в среднем инфракрасном диапазоне с отбором длин волн 7,7 мкм (на изображении выделены синим цветом), 10 мкм (голубым), 15 мкм (жёлтым) и 21 мкм (красным) удалось получить снимок значительной глубины. «Уэбб» смог различить тонкие структуры за плотным слоем облаков из пыли и газа, которые предстали прозрачными или полупрозрачными в инфракрасном диапазоне.

В нашей галактике подобных масштабных образований нет, да и химический состав межзвёздного вещества совсем другой. Поэтому звездообразование совершенно скудное и не дающее полноты данных для изучения эволюции звёзд. Комплексы звездообразования подобные показанному на изображении N79 имеют совершенно другой химический состав, который почти идентичен тому, каким обладали такие области примерно через один млрд лет после Большого взрыва. «Уэбб» может заглянуть в те времена, но подробности на таком расстоянии разглядеть он не поможет. Другое дело туманность N79. До неё всего-то около 160 тыс. световых лет.

В богатой ионизированным межзвездным атомарным водородом туманности N79 так много протозвёзд, протозвёздных и протопланетных дисков, звёзд на ранней стадии эволюции разной степени зрелости, что мы можем изучать эволюцию звёзд как под микроскопом для массы сред, состояний и условий. Потом учёные сравнят полученные в N79 данные и данные из ранней Вселенной. Это поможет нам лучше понять процессы при её зарождении и лучше понять всё, что происходит во Вселенной.

Работа с докладом об открытии самой древней чёрной дыры во Вселенной прошла рецензирование и была опубликована в журнале Nature. Благодаря космической обсерватории им. Джеймса Уэбба в далёкой и древней галактике GN-z11 удалось обнаружить центральную чёрную дыру рекордной для тех времён массы. Остаётся гадать, как и почему это произошло и, похоже, для этого придётся изменить ряд космологических теорий.

Галактика GN-z11 в представлении художника. Источник изображения: Pablo Carlos Budassi/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Галактика GN-z11 была обнаружена ещё в наблюдениях орбитального телескопа «Хаббл» в 2016 году. Этот объект находится от нас на удалении 13,4 млрд световых лет, то есть существовал во времена, отстоящие от Большого взрыва всего на 440 млн лет. Запуск инфракрасной обсерватории «Джеймс Уэбб» обещал множество открытий в ранней Вселенной, ведь свет из тех времён настолько растягивается в процессе движения фотонов через бездну времени и пространства, что банально уходит из видимого диапазона в инфракрасный.

Спектральный анализ света от GN-z11 показал присутствие в нём сверхразогретых ионов углерода и неона. Это указывало на признаки аккреции — обычного разогрева вещества перед падением на чёрную дыру. Эмиссия в линиях спектра была настолько интенсивной, что чёрная дыра своим излучением буквально затмевала галактику-хозяина. И немудрено, хотя галактика GN-z11 была в 100 раз меньше Млечного Пути, чёрная дыра в её центре потянула на 1,6 млн солнечных масс, тогда как чёрная дыра в центре нашей галактики имеет 4 млн солнечных масс.

Теперь, когда учёные убедились в существовании чёрной дыры подобной невообразимой для тех времён массы, придётся переписывать модели и космологические теории эволюции этих объектов и самой Вселенной. Похоже, «Уэбб» на этом не остановится, что позволит собрать достаточно материала для создания новых моделей появления и роста чёрных дыр и описания процессов в ранней Вселенной.

Галактика GN-z11 в данных телескопа «Хаббл», полученных в 2016 году. Источник изображения: NASA, ESA

Например, если опираться на современные теории, чёрная дыра в центре GN-z11 должна была питаться веществом в пять раз быстрее, чем мы считали. В противном случае она не набрала бы детектируемую массу к 440 млн лет после Большого взрыва. Также она должна была зародиться не в результате коллапса гигантской звезды, а непосредственно из коллапса межзвёздного газа, возникшего после рождения Вселенной. Будем ожидать, что собранного «Уэббом» материала хватит для составления новых космологических гипотез, которые затем превратятся в стройные теории.

Новое исследование несостоявшихся звёзд — коричневых карликов — позволило впервые обнаружить признаки невиданного ранее феномена. На одном из объектов проявились признаки полярного сияния, что невозможно было предположить даже в принципе. На соседних с звёздами планетах сияния ионосферы — это обычное явление. Но чтобы оно возникло без постороннего воздействия — с таким учёные ещё не встречались.

Полярное сияние над коричневым карликом в представлении художника. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI)

Об открытии сообщила команда учёных во главе с астрономом Американского музея естественной истории Джеки Фарти (Jackie Faherty). С помощью космической обсерватории «Джеймс Уэбб» учёные исследовали 12 коричневых карликов. Среди них были объекты W1935 и W2220 — это два очень похожих коричневых карлика, которые оказались близкими клонами друг друга. Они были идентичны по температуре и яркости, а также по химическому составу, включая содержание воды, аммиака, монооксида углерода (угарный газ) и двуокиси углерода (углекислый газ). Но было и отличие: в инфракрасном диапазоне метан в составе W1935 излучал свет, а W2220 — поглощал.

Изучение газовых гигантов в нашей Солнечной системе показало, что свечение метана в полярных областях сопровождается полярными сияниями. Но на планеты внутри системы воздействует излучение центральной звезды. Энергичные частицы покидают звезду и попадают в магнитные поля планет, а те отводят их в полярные области, где происходит взаимодействие с атомами ионосферы, которое сопровождается разогревом верхних слоёв и, как проявление всего этого, полярными сияниями.

«Уэбб» засёк эмиссию метана в атмосфере коричневого карлика, что указывает на возможное полярное сияние

Однако коричневый карлик — это звезда, которой не хватило массы для запуска термоядерной реакции. Он сам по себе в системе и ничто не должно влиять на его атмосферу и ионосферу. Там не должно быть признаков полярных сияний, что подтверждает наблюдение объекта W2220. Напротив, ионосфера W1935 оказалась разогретой без видимой причины, что заставило заподозрить на нём полярные сияния.

Какие процессы заставили метан нагреться в верхних слоях коричневого карлика W1935, учёные не знают, но намерены выяснить это в будущих наблюдениях за такими объектами. Возможно феномен полярных сияний имеет также иную природу, чем ту, которую мы наблюдаем в нашей системе. Обсерватория «Джеймс Уэбб» предоставляет возможность таких наблюдений, каждый раз доказывая, что из затраченных на её запуск $10 млрд каждый цент окупится сторицей.

Космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба совершила одно из самых значительных разоблачений в астрономии последних лет. Обнаруженная в 2013 году крупнейшая древняя галактика HFLS3 возрастом всего 880 млн лет оказалась не тем, о чём заявили учёные. Как показало наблюдение с помощью «Уэбба», HFLS3 — это столкновение шести молодых галактик на заре времён.

«Галактика» HFLS3 в представлении художника. Источник изображения: ESA/C. Carreau

Ранняя Вселенная была временем бурных событий. В первые 2 млрд лет после Большого взрыва — примерно 13,8 млрд лет назад — звездообразование заметно активизировалось, и галактики вспыхивали в темноте, сталкивались и росли. Но попробуйте разглядеть детали из нашего времени! Немудрено, что несовершенство научных приборов не всегда позволяет понять, что происходило в конкретных областях пространства в определённое время.

Открытие «галактики» HFLS3 в 2013 году поразило учёных. Объект был обнаружен в данных космического телескопа «Гершель». Он находился в самом начале рождения Вселенной в эпоху реионизации, порождая звёзды с поразительной скоростью — около 3000 масс Солнца в год. Для сравнения, наша галактика Млечный Путь производит звёзды в темпе до 8 масс Солнца в год. И это при том, что HFLS3 и Млечный Путь имели примерно одинаковую массу.

Происходящее в HFLS3 невозможно было объяснить с помощью современных теорий в космологии. Последующие наблюдения «Гершеля» и привлечение к этому другого космического телескопа — «Хаббла» позволили заподозрить, что HFLS3 — это не то, чем кажется. Больше ясности внёс телескоп «Джеймс Уэбб», когда наблюдал этот участок неба осенью 2022 года.

Команда астрофизиков под руководством учёного Гарета Джонса (Gareth Jones) из Оксфордского университета проанализировала данные по наблюдению HFLS3 и подготовила научную работу, которая ещё не прошла рецензирование для печати в журнале Astronomy & Astrophysics и доступна на сайте arXiv.

Как на самом деле выглядит «галактика» HFLS3 в данных «Уэбба». изображения: Astronomy & Astrophysics.

Учёные обнаружили, что HFLS3 состоит из трёх пар маленьких галактик, вращающихся в своеобразном космическом танце, который ведёт их к неизбежному столкновению в пространстве протяжённостью всего 36 000 световых лет. Это столкновение должно было произойти в течение миллиарда лет после наблюдения, что может считаться довольно коротким промежутком времени для такого грандиозного явления, как столкновение галактик.

Галактики в парах настолько близки друг к другу, что их гравитационное взаимодействие перемешивает их звездообразующий материал, заставляя его вспыхивать при звездообразовании, что также объясняет чрезвычайно высокую скорость, с которой рождаются новые звёзды. И это открытие предлагает захватывающий кадр того, как галактики взаимодействовали и росли в период, известный как Космический рассвет.

«HFLS3, вероятно, не является экстремальной вспышкой звездообразования, а вместо этого представляет собой одну из самых плотных групп взаимодействующих звездообразующих галактик за первый миллиард лет существования Вселенной. Недавние и продолжающиеся наблюдения с высоким разрешением ... помогут лучше охарактеризовать эту уникальную область», — поделились учёные своим анализом в статье.

Иногда о крайне редком событии говорят, как о втором попадании снаряда в одну и ту же воронку. Примерно так можно описать сделанное телескопом «Джеймс Уэбб» открытие. Он сумел отыскать в одной и той же гравитационно линзированной галактике вторую сверхновую. Наблюдение за обеими позволит уточнить постоянную Хаббла и, возможно, станет ещё одним шагом в сторону разрешения величайшей загадки в астрофизике.

Слева — три изображения сверхновой «Реквием», справа — два изображения сверхновой «На бис!». Источник изображения: NASA

В ноябре 2023 года космический телескоп NASA им. Джеймса Уэбба наблюдал массивное скопление галактик под названием MACS J0138.0-2155. Благодаря эффекту гравитационного линзирования, предсказанному ещё Альбертом Эйнштейном, далекая галактика под названием MRG-M0138 позади скопления предстала на изображении сильно деформированной из-за мощной гравитации промежуточного скопления галактик.

Помимо искажения и увеличения далекой галактики, эффект гравитационного линзирования «размножил» изображения MACS J0138, позволив получить пять различных изображений галактики. Деформация пространства-времени вокруг скопления MACS J0138.0-2155 далеко не идеальной формы и свет от фоновой галактики шёл по пяти различным маршрутам с разной длительностью. Поскольку линзированная галактика отстоит на 10 млрд световых лет, запаздывание света в ряде случаев было значительным.

Но самое замечательное, что астрономы обнаружили во время наблюдения вспышку сверхновой! Более того, это была сверхновая типа Iа. А сверхновые этого типа являются в астрофизике «стандартными свечами». Это термоядерные взрывы белых карликов. Эти процессы хорошо описаны и раз за разом повторяются с очень и очень высокой точностью. На ядро белого карлика падает водород до начала запуска ядерной реакции синтеза. Энергия вспышки известна и позволяет оценить расстояние до сверхновой.

Удивительным стало то, что за семь лет до этого в галактике MACS J0138 телескопом «Хаббл» точно также была обнаружена другая сверхновая типа Iа. Тем самым «Уэбб» впервые наблюдал вторую линзированную сверхновую в одной и той же галактике. И тоже от «стандартной свечи»! И если наблюдение «Хаббла» было неполным и не позволило собрать данные для определения постоянной Хаббла, то теперь астрономы сделали всё возможное, чтобы собрать как можно больше информации о событии. Всего таких событий (линзированных сверхновых типа Ia) зарегистрировано около дюжины, и новое открытие станет ценным вкладом в наблюдения о расширяющейся Вселенной.

Предыдущая сверхновая получила название «Реквием». Она отобразилась на трёх участках неба и появится в гравитационной линзе ещё два раза: в 2037 и 2041 годах. Вторую обнаруженную сверхновую назвали «На бис!» (Encore). Ещё раз свет от неё придёт в 2035 году.

«Теперь мы обнаружили гравитационной линзой вторую сверхновую в той же галактике, что и "Реквием", которую мы назвали сверхновая "На бис!". Она была обнаружена по счастливой случайности, и сейчас мы активно следим за текущей сверхновой по специальной программе наблюдений "Уэбба". Используя эти изображения "Уэбба" на основе многократного изображения сверхновой, мы измерим и подтвердим постоянную Хаббла. Подтверждено, что Encore является стандартной свечой или сверхновой типа Ia, что делает Encore и Requiem, безусловно, самой удаленной парой "братьев и сестёр" сверхновых стандартной свечи, когда-либо обнаруженных», — сообщают учёные.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» был запущен на Рождество 2021 года, после чего обсерватория стоимостью $10 млрд за 30 дней достигла пункта назначения в точке Лагранжа L2 на расстоянии 1,6 млн км от Земли. Телескоп потратил несколько месяцев на запуск оборудования и установку экрана, который защищает его от солнечной радиации. 2023-й стал первым полным годом работы космического телескопа и принёс большие плоды: были получены тысячи изображений, которые не просто радуют глаз.

Источник изображений: NASA

Полученные снимки и данные наглядно показывают учёным, как рождаются и умирают звёзды, как сталкиваются и сливаются галактики, как создаются массивные скопления галактик и почему некоторые звёзды умирают всего через несколько тысяч лет вместо положенных 10 миллиардов.

«Джеймс Уэбб» был спроектирован, построен и запущен для открытия неизведанного. Его рождественский подарок миру можно увидеть на фотографиях ниже. По расчётам создателей, телескоп должен проработать около 20 лет, а значит в будущем человечество получит ещё десятки тысяч невероятных изображений космоса, имеющих как научную, так и эстетическую ценность.

На расстоянии около 1500 световых лет от Земли находится показанная на фото ниже пара звёздных близнецов Хербиг-Аро 46/47, которым едва исполнилось несколько тысяч лет. Это младенчество по космическим меркам, так как звезде размером с Солнце требуется в среднем 50 миллионов лет, чтобы достичь «совершеннолетия». Молодые звезды используют окружающие их облака звёздной пыли и газа для своего роста. Когда поглощение идёт слишком быстро, пыль и газ вырываются с обеих сторон формации, придавая молодой звёздной паре деформированный вид.

Пара ярких звёздных образований, расположенных на расстоянии 1600 световых лет от Земли — туманность Ориона и скопление Трапеции — являются домом для 700 молодых звёзд на разных стадиях развития. Четыре из них легко увидеть в простой любительский четырёхдюймовый телескоп. Самая заметная из них в 20 000 раз ярче Солнца.

Звезда Вольфа-Райе находится на расстоянии 15 000 световых лет от Солнечной системы и представляет собой очень редкий вид — в галактике Млечный Путь, насчитывающей не менее 100 миллиардов звёзд, таких всего 220. Вольф-Райе горит горячо и быстро, её температура в 20–40 раз выше нашего Солнца. Поэтому она быстро теряет водородную оболочку и обнажает гелиевое ядро, и всего через несколько сотен тысяч лет растворится в космической пыли. Для сравнения — продолжительность «жизни» Солнца около 10 миллиардов лет.

В отличие от звезды Вольфа-Райе, знаменитая туманность Кольцо, сфотографированная «Джеймсом Уэббом» на расстоянии 2000 световых лет от Земли, угасает неторопливо и с достоинством. Туманность была открыта в 1779 году французским астрономом Антуаном Даркье де Пеллепуа (Antoine Darquier de Pellepoix). Под внешними слоями ионизированного газа, скрывается характерная голубая внутренняя часть, состоящая из водорода и кислорода, которые ещё не унесены звёздным ветром.

Карликовая галактика NGC 6822 оправдывает своё название: она насчитывает всего 10 миллионов звёзд по сравнению со 100 миллиардами в Млечном Пути. Но малое количество звёзд NGC 6822 компенсирует зрелищностью, которую демонстрирует нам космический телескоп. Обнаруженная в 1884 году американским астрономом Э. Э. Барнардом (E.E Barnard), NGC 6822 имеет огромный пылевой хвост размером 200 световых лет в поперечнике. Плотное скопление звёзд в её составе светится в 100 000 раз ярче Солнца.

Спиральная галактика М51, которая находится на расстоянии 27 миллионов световых лет от Земли и изяществом рукавов и компактностью структуры. У M51 имеется галактика-компаньон NGC 5195. Обе галактики вовлечены в нечто вроде гравитационного перетягивания каната, в котором NGC 5195 побеждает. Постоянное гравитационное воздействие NGC 5195 объясняет плотно переплетённую структуру рукавов M51 и приливные силы, приводящие к созданию новых звёзд в рукавах.

В нижнем левом квадранте туманности Ориона «Джеймс Уэбб» сфокусировался на структуре, известной как Бар Ориона, названной так из-за своей диагональной формы, напоминающей гребень. Этот гребень сформирован мощным излучением окружающих его горячих молодых звёзд.

Звёздное скопление IC 348 — ребёнок по меркам космоса, ему всего пять миллионов лет, а расположено оно примерно в 1000 световых годах от Земли. Состоящая примерно из 700 звёзд, IC 348 имеет структуру, похожую на тонкие завесы, созданные космической пылью, отражающей звёздный свет. Заметная петля в правой части изображения, вероятно, создана порывами солнечного ветра.

Гигантская галактика Скопление Пандоры, формально известная как Abell 2744, представляет собой объединение четырёх звёздных скоплений. Галактика Скопление Пандоры удалена от Земли на расстояние 3,5 миллиарда световых лет и имеет ошеломляющий диаметр в 350 миллионов световых лет. Массивная совокупная гравитация скопления изгибает и увеличивает свет объектов на переднем плане, что позволяет астрономам использовать его в качестве гравитационной линзы.

«Джеймс Уэбб» был построен главным образом для наблюдения за самыми старыми и удалёнными объектами во Вселенной, находящимися на расстоянии до 13,4 миллиардов световых лет от Солнечной системы. Но это не мешает телескопу иногда заглядывать на собственный «задний двор», что демонстрирует это потрясающее изображение Сатурна и некоторых из его 146 спутников.

Ро Змееносца — это облачный комплекс молодых и горячих звёзд, расположенный всего в 460 световых годах от Земли. Неспокойный характер Ро Змееносца характеризуется струями газа, вырывающимися из молодых звезд. Большинство звёзд в этом скоплении по размеру сопоставимы с Солнцем, кроме значительно более крупной звезды S1. Она горит настолько ярко, что вырезает вокруг себя огромную полость образующимся вокруг неё звёздным ветром.

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.

Планета Уран и её спутники — это не самые удобные объекты для снимков с помощью телескопов. Эти непоседы не позволяют делать снимки с длинной выдержкой, что ведёт к потере ценных для науки деталей. На выручку приходят компьютеры и монтаж из кадров с разной выдержкой, что даёт возможность получить удивительный по красочности и детализации результат.

Источник изображений: NASA, ESA

Европейское космическое агентство, которое как и NASA имеет отношение к работе космической обсерватории «Джеймс Уэбб», поделилось новым снимком Урана и его окрестностей, полученных с помощью четырёх длин волн камерой ближнего инфракрасного диапазона телескопа.

Новый снимок отличается яркостью и большим количеством деталей. Так, ранее в этом году Уран был снят камерой NIRCam «Уэбба» на длинах волн 1,4 и 3,0 мкм. Новое изображение сделано с использованием ещё двух диапазонов: 2,1 и 4,6 мкм. Чувствительные датчики «Уэбба» позволили различить даже внутреннее почти не различимое кольцо.

На самой планете выделяется яркая область — это северная полярная шапка или, точнее, аэрозольная взвесь в атмосфере в виде кристалликов льда из воды, метана и других веществ. Эта область также подвержена активному полярному циклону. Его впервые смогли наблюдать в этом году. На снимках «Уэбба» можно разглядеть воздушные завихрения по краям циклона, что даёт некоторое представление о процессах в его атмосфере.

Поскольку снимок Урана делался широкоугольным, на нём позируют 14 из 27 крупнейших спутников планеты — это Оберон, Титания, Умбриэль, Джульетта, Пердита, Розалинда, Пак, Белинда, Дездемона, Крессида, Ариэль, Миранда, Бьянка и Порция. На снимке они представлены синими точками. Кроме того, в кадр попали некоторые из галактик в виде розовых и белых спиралей и веретён. Помимо научной ценности, новая фотография седьмой по счёту планеты нашей системы может по праву считаться своеобразным новогодним украшением момента.

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.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США обнаружил большое количество угарного газа в замороженном виде вблизи центрального региона галактики Млечный Путь. Речь идёт об огромном молекулярном облаке G0.253+0.016, которое астрономы в шутку называют «Кирпичом» из-за его формы и высокой плотности материи.

Источник изображения: Адам Гинзбург

Обычно в подобных областях активно идёт процесс звёздообразования. Однако в случае G0.253+0.016 этого не происходит, и учёные точно не могут сказать, с чем это связано. Одно из возможных объяснений заключается в том, что это облако ещё слишком молодо и в нём попросту не успели сформироваться звёзды. Сторонники другой версии считают, что газ внутри него отличается высоким уровнем турбулентности или поддерживается магнитными полями, которые препятствуют образованию звёзд.

Обнаруженный космической обсерваторией замороженный угарный газ делает этот регион галактики ещё более загадочным. Угарный газ в виде льда и раньше находили в центре Млечного Пути, поскольку он конденсируется на частицах пыли. Однако в межзвёздной среде обычно найти его достаточно трудно, поэтому учёные не знали, сколько льда может находиться в туманностях в центре галактики.

Учёные из Университета Флориды во главе с Адамом Гинзбургом (Adam Ginsburg) сильно удивились, когда камера ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) космической обсерватории обнаружила там много ледяного газа. «Наши наблюдения убедительно демонстрируют, что лёд там очень распространён, причём настолько, что все наблюдения в будущем должны учитывать это», — отметил Адам Гинзбург.

Молекулярное облако «Кирпич» в левой части изображения / NASA/Chandra/HST/ESA/STScI/Q.D. Wang/Spitzer/Churchwell et al.

Для начала процесса звёздообразования нужны очень холодные условия, когда температура молекулярного газа опускается до десяти градусов выше абсолютного нуля, самой низкой возможной температуры во Вселенной. Несмотря на обилие льда в рассматриваемой области, данные JWST показали, что газ в ней на удивление тёплый по сравнению с показателями других молекулярных облаков.

В дальнейшем учёные намерены задействовать космическую обсерваторию для выявления того, какие ещё вещества в замороженном виде присутствуют в G0.253+0.016 и других подобных объектах, находящихся поблизости. «У нас нет данных, например, относительно количества угарного газа, воды и углекислого газа, а также сложных молекул. С помощью спектроскопии мы можем измерить их и получить некоторое представление о том, как с течением времени меняется химический состав этих облаков», — рассказал Гинзбург.

Свежее открытие в очередной раз подчёркивает невероятные возможности космической обсерватории им. Джеймса Уэбба. За пеленой пыли и газа на удалении 1000 световых лет инфракрасные инструменты телескопа обнаружили два источника наблюдаемых возмущений среды, а не один, как можно было предположить раньше. И если раньше мы рассчитывали увидеть в космической колыбели одну новорожденную звезду, то «Уэбб» помог разглядеть там пару двойняшек.

Нажмите для увеличения. Источник изображения: ESA/Webb, NASA & CSA

Зарождение звезды связано с образованием так называемого объекта Хербига–Аро. Это обычно протяжённые струйные завихрения в межзвёздных газе и пыли. В процессе формирования молодая звезда испускает мощные струи газа, которые порождают ударные волны в окружающем звезду веществе. Струи достаточно динамичные, чтобы значительно менять свою структуру за короткие сроки наблюдения. Это делает их интересными объектами для исследования поведения молодых звёзд.

С помощью инструмента Near-InfraRed Camera (NIRCam) — камеры ближнего инфракрасного диапазона — астрономы пронаблюдали за одним из таких новых объектов, который получил обозначение HH 797. На полученном изображении звёздного «кокона» новорожденная звезда находится за облаком пыли и газа справа на фоне более тёмного пятна.

Приборы «Уэбба» обнаружили, что динамика объекта довольно странная. С одной его стороны струи газа движутся в нашу сторону, что определили по смещению света в синюю область, а с другой стороны — в красную, что говорит о движении вещества прочь от Земли. Более детальное изучении турбулентности подсказали, что, по-видимому, мы имеем дело с двумя струями в одном объекте. С большой вероятностью можно предположить, что каждую из них породил свой источник. Это заставляет принять за факт то обстоятельство, что в только что обнаруженной звёздной колыбели две новорожденные звезды, а не одна.

Не так давно в это тяжело было поверить, но мы смогли отыскать свыше 5,5 тыс. инопланетных миров у далёких звёзд и их число растёт каждый день. Более того, новейшие инструменты типа космической обсерватории «Джеймс Уэбб» в ряде случаев могут изучить атмосферы далёких планет, и многие из них, мягко говоря, удивительны! Например, изучение мира WASP-107b, удалённого от нас на 200 световых лет, показало наличие там облаков из песка и песчаных дождей.

Планета, из которой сыплется песок в представлении художника. Источник изображения: LUCA School of Arts/ Klaas Verpoest, Johan Van Looveren/Achrène Dyrek/Michiel Min/Leen Decin/European MIRI EXO GTO team/ESA/NASA

Экзопланета WASP-107b в системе WASP-107 в созвездии Девы была открыта роботизированной обсерваторией Wide Angle Search for Planets (WASP) в 2017 году. Это вторая планета в системе. Диаметр WASP-107b примерно равен диаметру Юпитера, а масса приближается к массе Нептуна. Фактически это газовый гигант с удивительно «пушистой» атмосферой, как отмечают авторы исследования. Это позволяет изучать атмосферу планеты на «просвет», когда она проходит по диску родной звезды, для чего хорошо подходят приборы «Уэбба».

Учёные воспользовались прибором MIRI (Mid-Infrared Instrument), установленным на «Уэббе», и узнали о планете WASP-107b много интересных деталей, которые помогут лучше понимать эволюцию и разнообразие экзопланет во Вселенной. Так, в атмосфере WASP-107b были обнаружены признаки водяного пара, диоксида серы, облака из «песка», но, что удивительно, не было найдено никаких признаков метана.

Необычная природа атмосферы экзопланеты позволяла фотонам от звезды-хозяйки проникать глубже, и это привело к массивному образованию диоксида серы в ней, что стало неожиданностью для данного типа миров. Но самым удивительным стало открытие облаков из силикатных частиц — основного компонента земного песка. Температура на WASP-107b около 500 °C. При таких температурах в облаках, образовавшихся из силикатных частиц, возникает дождь, который падает и испаряется на нижних уровнях, а затем поднимается обратно и вновь собирается в облака.

Транзит экзопланеты WASP-107b по диску звезды в представлении художника

Ещё одним сюрпризом стало отсутствие метана в атмосфере экзопланеты. Обычно это постоянный компонент в атмосферах газовых гигантов. Учёные считают, что атмосфера WASP-107b оказалась теплее, чем считалось ранее, что не дало метану скапливаться в ней. Так шаг за шагом учёные складывают картины разнообразия составов атмосфер на мирах в разных частях Вселенной, стремясь уловить закономерности и пути эволюции не только далёких планет, но и нашей Земли. Она ведь тоже часть этой головоломки. А большое, как сказал поэт, видится на расстоянии.