Космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба вновь продемонстрировала свои выдающиеся возможности передового инструмента. С её помощью получен самый детализированный снимок новой области звёздообразования, наполненный динамикой движения облаков пыли и газа под воздействием излучения новорождённых светил. Совершенно случайно в кадр попала древняя галактика, создав эффект «глаза торнадо» и символически объединив прошлое и будущее — старые звёзды с молодыми.

Источник изображения: NASA

Телескоп «Уэбб» запечатлел область Herbig-Haro 49/50 в нашей галактике. В нижнем левом углу изображения находится новорождённая звезда Cederblad 110 IRS4 (CED 110 IRS4). Ранее эту область снимал телескоп NASA «Спитцер», однако его изображение содержало мало деталей, а также демонстрировало «размытый объект» на кончике «торнадо». Снимок «Уэбба» в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне позволил рассмотреть множество важных деталей в структуре облаков пыли и газа. При этом «размытый объект» оказался спиральной галактикой, удачно попавшей в кадр в необычной перспективе.

Слева изображение «Спитцера», справа — «Уэбба»

«”Уэбб” запечатлел эти два не связанных между собой объекта в удачный момент, — пояснила команда телескопа. — На протяжении тысяч лет край HH 49/50 будет расширяться и в конечном итоге закроет собой далёкую галактику».

На полученном снимке оранжевым цветом обозначен молекулярный водород, а красным — монооксид углерода. Эти газы нагреваются под воздействием энергии струй соседней новорождённой звезды, приводя облака в движение. Кажущийся хаос подчиняется электромагнитному полю звезды и её излучению — всё это позволяет учёным наблюдать процесс, который во многом напоминает рождение нашей Солнечной системы.

Было время, когда ещё не было звёзд. Вскоре после Большого взрыва в бесконечном море водорода и гелия, из-за чудовищной плотности газа, стали появляться первые светила. Эти звёзды назвали населением III (Population III). Их ещё никто не видел, но новые инструменты, в частности «Джеймс Уэбб», дают надежду обнаружить такие объекты на заре Вселенной. Недавно астрономы приблизились к этому, открыв лучшего на сегодняшний день кандидата среди звёзд населения III.

Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews

Считается, что первые звёзды во Вселенной, или звёзды населения III, были очень массивными — намного больше современных звёзд-гигантов. А чем больше звезда, тем быстрее она сгорает и разбрасывает останки по пространству, успевая синтезировать в недрах более тяжёлые элементы, чем первоначальные водород и гелий. Именно поэтому мы не видим первых звёзд — их век был мимолётным, но они оставили следы своего пребывания в виде определённых химических элементов.

Большая международная группа учёных под руководством Сейджи Фудзимото (Seiji Fujimoto) из Техасского университета в Остине (University of Texas at Austin) направила в The Astrophysical Journal статью, которую также выложила в свободный доступ на сайт препринтов arXiv. В работе исследователи рассказали о перспективном методе поиска первых звёзд и об обнаружении лучшей на сегодняшний день галактики-кандидата, вероятно содержащей звёзды населения III.

Эта галактика, получившая название GLIMPSE-16403, пока не является доказанным носителем звёзд населения III. Однако само появление такого кандидата говорит о том, что обнаружение первых звёзд во Вселенной — лишь вопрос времени.

«Эта работа прокладывает чёткий путь к открытию первых галактик населения III, — пишут исследователи. — Какова бы ни была судьба нынешних кандидатов, методы, разработанные в этом исследовании, позволят искать галактики населения III в эпоху JWST [обсерватории "Джеймс Уэбб"]».

Фудзимото и его коллеги решили ускорить поиск, сосредоточив внимание на небольших участках неба в поисках химических «отпечатков» первых звёзд. Учёные сосредоточились на галактиках с мощными спектрами излучения водорода и гелия при минимальном содержании других элементов. В результате они нашли двух кандидатов. Один оказался ненадёжным, но другой, GLIMPSE-16403, появившийся примерно через 825 млн лет после Большого взрыва, соответствовал всем критериям, определённым для галактик населения III.

Это открытие делает GLIMPSE-16403 лучшим кандидатом для поиска звёзд, которые зажгли первый свет во Вселенной. Чтобы определить природу звёзд в GLIMPSE-16403, потребуется дополнительная работа, которая может оказаться непростой: нужен детальный спектральный анализ, а его трудно получить на столь огромном расстоянии в пространстве-времени. Тем не менее, это невероятно захватывающее открытие, которое делает обнаружение звёзд населения III, как представляется, неизбежным.

Если кто-то воспринимает библейскую легенду о Всемирном потопе как литературное преувеличение, то учёные пошли дальше и вычислили, что вода во Вселенной была в избытке уже через 100–200 млн лет после Большого взрыва. Более того, ранняя Вселенная образно «утопала» в воде, что заставляет рассматривать заманчивую возможность зарождения первой биологической жизни на самых ранних этапах её эволюции.

Художественное представление о первых звёздах во Вселенной. Источник изображения: NOIRLab/NSF/AURA

Как известно, молекула воды представляет собой два соединённых атома водорода и один атом кислорода. Свободного водорода во Вселенной всегда было в избытке — он присутствовал с самых первых моментов после Большого взрыва. Кислород, как считается, появился в звёздах в ходе термоядерных реакций синтеза. Он стал вырабатываться в звёздах и разлетался по Вселенной после их смерти во время взрывов сверхновых. Тем самым можно полагать, что кислород постепенно увеличивал своё присутствие в космосе, что также вело к постепенному увеличению воды во Вселенной.

Группа учёных для журнала Nature Astronomy подготовила рецензируемое исследование, в котором утверждается, что всё было совсем не так. По крайней мере, на заре Вселенной. Согласно общепринятой теории, первые звёзды не содержали ничего, кроме водорода и гелия, и обладали низкой металличностью. В астрофизике металлами считают все элементы, тяжелее гелия, и кислород тоже считается металлом. Поэтому в теории кислород вырабатывали звёзды второго поколения (населения II) и звёзды населения I (как наше Солнце). Звёзды населения III — самые первые звёзды (по населению ведётся обратный отсчёт) — не должны были вырабатывать кислород. Однако в новой работе это утверждение опровергается.

Исследователи предположили (точно этого не знает никто, поскольку звёзды населения III — самые первые во Вселенной — ещё никем не наблюдались), что первые звёзды были двух основных классов: маленькие с массой около 13 солнечных масс и большие с массой 200 солнечных масс. Маленькие звёзды образовывались как обычные из звёздных питомников (газа, пыли и гравитации) и обладали малой металличностью. А большие звёзды формировались напрямую из первичных облаков материи. Малые звёзды взрывались как обычные сверхновые, но большие взрывались как парно-нестабильные сверхновые, что вело к интересным результатам.

Моделирование показывает, что большие звёзды при смерти должны были значительно обогатить окружающую среду кислородом и, как следствие, водой. Доля воды в молекулярных облаках, оставшихся после таких взрывов, должна в 10–30 раз превышать долю воды в диффузных молекулярных облаках в Млечном Пути, которые учёные наблюдают сегодня. Это даёт основание сделать вывод, что через 100–200 миллионов лет после Большого взрыва в молекулярных облаках было достаточно воды и других элементов для формирования биологической жизни.

Увы, ответить на вопрос, появилась ли жизнь уже тогда, учёные вряд ли смогут. Но даже если жизнь тогда начала появляться, уровень ионизации во Вселенной был настолько высоким, что известные нам живые организмы не смогли бы выжить в такой среде. Нормальные условия для зарождения жизни создали звёзды последующих поколений. Но остаётся вероятность, что молекулы воды в чашке утреннего кофе намного древнее, чем было принято считать.

Явления космических масштабов могут быть стремительными, как показал телескоп «Джеймс Уэбб» в процессе наблюдения за двойной системой звёзд Вольфа–Райе WR 140. «Уэбб» наблюдал эту систему с интервалом около 14 месяцев и зафиксировал значительные изменения за столь короткий по меркам Вселенной срок. Система WR 140 формирует в своём центре расходящиеся концентрические волны звёздной пыли, которые улетают прочь буквально на глазах у учёных.

Источник изображений: NASA

Звёзды Вольфа–Райе считаются фабриками звёздной пыли, поскольку обладают наиболее мощными звёздными ветрами. Это особенно важно, так как они выбрасывают углерод из своих недр — элемент, являющийся одним из ключевых атрибутов биологической жизни. Такие звёзды окружены пылевой оболочкой, а если это двойная система, как WR 140, то в процессе орбитального движения пары звёзд пылевые возмущения создают невероятную картину.

Сравнение снимков распространения пылевых волн с интервалом около 14 месяцев

Центральная звезда максимально сближается со своим партнёром ровно раз в 7,93 года. В этот момент звёздные ветра от обеих звёзд сталкиваются наиболее интенсивно, что порождает интерференционную картину расходящихся волн в облаке пыли. Волны распространяются со скоростью 2600 км/с, что составляет около 1 % от скорости света. «Уэбб» сделал первый снимок в 2022 году, а второй — спустя неполных 14 месяцев. Сравнение снимков демонстрирует, что явления космических масштабов могут происходить в промежутки времени, соизмеримые с человеческой деятельностью.

Расходящиеся кольца — это лишь видимая часть изменений в сплошном облаке пыли. Вокруг звёзд находится гораздо больше вещества, в том числе атомов углерода, чем может запечатлеть космический телескоп. Система WR 140 изучена настолько хорошо, что за распространением пыли в её окрестностях можно наблюдать как за природной астрофизической лабораторией, буквально с хронометром в руках, изучая динамику поведения вещества и физику процессов.

Если бы наше Солнце могло испускать такие волны пыли, расстояние между ближайшими волнами примерно равнялось бы 5 % дистанции между нашей звездой и Альфой Центавра — ближайшей соседкой Солнца. Это красивое и интересное явление, которое телескоп «Джеймс Уэбб» несомненно поможет изучать в дальнейшем.

В последние годы астрономы научились с высочайшей точностью измерять содержание металлов в звёздах. Быстро выяснилось, что даже у звёзд из одного молекулярного облака есть сильные отличия в химическом составе, что можно объяснить только загрязнением от сторонних источников. Таким источником назвали землеподобные планеты с ультракороткими орбитами и доказали это с помощью моделей.

Художественное представление звезды с планетой на сверхкороткой орбите. Источник изображения: NASA

Родственные звёзды рождаются в одном и том же гигантском молекулярном облаке (GMC), хотя это не обязательно двойные системы. Следовало бы ожидать, что такие звёзды будут иметь весьма близкую металличность, хотя ни одно GMC-облако не является полностью однородным и небольшие различия обычны для звёзд, которые формируются в общей области звездообразования. Но когда различия, всё-таки, заметны, должно быть какое-то иное этому объяснение.

Новое исследование под названием «Загрязнение металлами солнцеподобных звёзд в результате разрушения планет со сверхкоротким периодом» предполагает, что источником обнаруживаемых несоответствий являются скалистые планеты. Авторами являются учёные из Северо-Западного университета (Northwestern University) и Корнельского университета (Cornell University). Исследование загружено на сайт arxiv.org и отправлено в сеть журналов AAS.

Ультракороткопериодические экзопланеты (USP) вращаются вокруг своих звёзд очень близко и обычно совершают полный оборот всего за несколько часов. Они имеют состав, аналогичный земному, и редко имеют радиус более двух земных. Их происхождение до конца не ясно. Они могли сформироваться дальше, а затем мигрировать ближе к своей звезде, или это могли быть остатки гораздо более крупных планет, которые потеряли свою атмосферу из-за звёздного излучения.

Одна из проблем в том, что планеты класса USP обнаружены примерно у 0,5 % солнцеподобных звёзд. С другой стороны, с учётом различий в металличности звёзд «из одного лукошка», такие планеты могут просто быстро поглощаться своими звёздами и, следовательно, загрязнять их металлами.

«Короткопериодические экзопланеты потенциально уязвимы к разрушению приливами и поглощению их звёздами-хозяевами», — пишут авторы. Исследования показывают, что от 3 % до 30 % солнцеподобных звёзд главной последовательности (FGK) поглотили скалистые планеты массой от 1 до 10 масс Земли.

Авторы разработали модель, позволяющую предсказать количество образующихся USP и время, необходимое для их поглощения. Предложенная модель может воспроизводить как наблюдаемую низкую встречаемость USP у солнцеподобных звёзд, так и их металличность от загрязнения. Модель показывает, что чаще всего поглощения происходят в компактных многопланетных системах и, часто, это происходит при миграции планет при переходе с более вытянутой орбиты на близкую круговую. В общем случае модель предсказывает, что планета поглощается звездой в промежутке от 100 млн до 1 млрд лет после формирования.

В рамках программы NASA «Миры на заднем дворе: 9-я планета» трое астрономов-любителей обнаружили небесное тело, спешно покидающее нашу галактику. Подключение профессионалов позволило уточнить, что это, скорее всего, коричневый карлик, летящий с невероятной скоростью около 1,6 млн км/час. Это позволит ему преодолеть гравитацию галактики и унестись прочь из Млечного Пути, став первым такого рода объектом в истории наблюдений.

Художественное представление пары из сверхновой и коричневого карлика. Источник изображения: W.M. Keck Observatory/Adam Makarenko

Существует два наиболее вероятных сценария, почему объект CWISE J1249 — сверхлёгкая звезда или недоразвитая звезда в лице коричневого карлика — смог разогнаться до сверхгалактической скорости. По одному предположению, он мог быть в паре с белым карликом, который стал сверхновой и энергией своего взрыва придал партнёру по системе дополнительное ускорение. Другое предположение заключается в том, что объект CWISE J1249 родом из плотного шарового скопления, где ему довелось пролететь в зоне гравитации одной или двух чёрных дыр. Учёные пока не готовы вынести окончательное утверждение о том, как объект CWISE J1249 дошёл до такой жизни, но они обещают продолжить наблюдение.

В проекте Backyard Worlds: Planet 9 любителями обнаружено свыше 4000 коричневых карликов — тусклых объектов, так и не ставших полноценными звёздами. Их масс не хватило для запуска полноценных поддерживающих себя термоядерных реакций. Они темны и относительно холодны, поэтому лучше всего обнаруживаются в инфракрасном диапазоне. Согласно предложению NASA, любители просеивают собранные миссией NASA WISE данные в поисках как коричневых карликов, так и мифической девятой планеты в нашей системе, а также других интересных объектов.

Открытие сверхбыстрого объекта стало тем событием, которое случается один раз на миллион — неожиданным и захватывающим. Трое гражданских учёных, независимо друг от друга открывших это объект в данных WISE, стали соавторами посвящённой открытию научной работы.

Добавим, инфракрасный телескоп NASA WISE был навсегда отключён 8 августа 2024 года. Ближе к концу этого года или в начале следующего он войдёт в плотные слои атмосферы Земли и сгорит, но собранные им данные будут и дальше приносить научные открытия, что станет своеобразным памятником этой научной миссии.

Космический телескоп NASA «Джеймс Уэбб» в очередной раз удивил учёных. Он сделал открытие в области молодых звёзд WL 20S в Млечном Пути, изучаемой с 1970-х годов. Несмотря на то, что этот регион наблюдался на протяжении десятилетий с помощью пяти других телескопов, потребовались возможности «Джеймса Уэбба», чтобы разглядеть двойную звезду, которую учёные всё это время считали одной звездой.

Концептуальное изображение звёзд-близнецов / Источник изображений: NASA

Поразительное открытие, сделанное с помощью камеры среднего инфракрасного диапазона (Mid-Infrared Instrument, MIRI) «Джеймса Уэбба», было представлено на 244-м заседании Американского астрономического общества в начале этой недели. Было установлено, что звёзды-близнецы в области WL 20S имеют одинаковые газовые шлейфы, простирающиеся в космос с их северного и южного полюсов. Астрономы полагают, что возраст «новооткрытых» звёзд составляет от 2 до 4 миллионов лет.

«У нас отвисли челюсти, — эмоционально прокомментировала открытие астроном Мэри Барсони (Mary Barsony). — После десятилетий изучения этого источника мы были уверены, что знаем его достаточно хорошо. Но без MIRI мы бы так и не узнали, что это две звезды [а не одна] или что эти газовые шлейфы существуют. Это действительно удивительно. Это как иметь совершенно новые глаза».

Группа звезд WL 20 по данным старого космического телескопа NASA «Спитцер»

Дополнительные наблюдения проводились с помощью Atacama Large Millimeter Array (ALMA) — комплекса радиотелескопов, расположенного в чилийской пустыне Атакама, который фиксирует электромагнитное излучение с миллиметровой и субмиллиметровой длиной волны. Было установлено, что обе звезды окружены пылевыми и газовыми дисками, что предполагает возможность формирования планет. Учёные считают, что звёзды-близнецы находятся на завершающем периоде «взросления».

Научный сотрудник проекта MIRI в NASA Майк Ресслер (Mike Ressler) отметил: «Если бы мы не увидели [с помощью MIRI], что это две звезды, результаты ALMA могли бы просто выглядеть как один диск с разрывом посередине. Вместо этого у нас есть новые данные о двух звёздах, которые явно находятся в критической точке своей жизни, когда процессы, сформировавшие их, иссякают».

Актуальные объединённые данные ALMA и MIRI

Ещё более значимым открытие делает тот факт, что область звёздообразования WL 20S в Млечном Пути скрыта за толстыми облаками газа и пыли, которые блокируют большую часть видимого света. Потребовалась способность «Джеймса Уэбба» «видеть» в инфракрасном диапазоне, чтобы за этими слоями газа и космической пыли обнаружить то, что было скрыто от глаз учёных и астрономов с 70-х годов.

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

Галактика NGC 4449. Источник изображений: esawebb.org

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

Галактика NGC 4449 (NIRCam)

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

Галактика NGC 4449 (MIRI)

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

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

Исследователи и студенты Массачусетского технологического института обнаружили в гало Млечного Пути три звезды, образовавшиеся примерно 12–13 миллиардов лет назад, то есть вскоре после Большого взрыва. По словам исследователей, эти самые «пожилые» из когда-либо открытых звёзд «являются частью нашего космического генеалогического древа». Их изучение может дать астрономам новые знания о развитии Вселенной и нашей галактики сразу после Большого взрыва.

Источник изображения: Denis Degioanni / unsplash.com

Профессор физики Массачусетского технологического института Анна Фребель (Anna Frebel) посвятила свою карьеру сбору и обработке данных с телескопа Магеллан-Клей обсерватории Лас-Кампанас в чилийской пустыне Атакама. В конце 2022 года она открыла новый учебный курс «наблюдательной звёздной археологии», где студенты получают навыки, необходимые для исследования происхождения древнейших космических объектов.

Исследователей заинтересовали звёзды, спектр которых указывал на низкие количества стронция и бария. Считается, что сразу после Большого взрыва содержание этих элементов в звёздной пыли было крайне мало, поэтому такой спектр звёзд свидетельствует, что они могли образоваться в самой ранней Вселенной. После длительного изучения материалов были выбраны три звезды с чрезвычайно низким содержанием стронция, бария и железа, впервые обнаруженные в 2013 и 2014 годах.

Исследование орбитальных схем этих звёзд показало, что всё «звёздное трио» движется в направлении, противоположном остальным звёздам в гало Млечного Пути. Ретроградное движение часто является признаком того, что небесный объект не является родным для своего окружения. Такая модель движения в сочетании с характерным химическим составом привела исследователей к уверенности, что эти древние звёзды когда-то были частью ранних карликовых галактик, которые были поглощены нашей галактикой по мере роста Млечного Пути.

Космическим объектам этого класса присвоено название «малые аккреционные звёздные системы» (Small Accreted Stellar System, SASS). В статье, опубликованной во вторник в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества», Фребель и её коллеги высказывают предположение, что в Млечном Пути может быть скрыта ещё 61 звезда SASS. «Эти старые звезды определённо должны быть там, учитывая то, что мы знаем о формировании галактик, — уверена Фребель. — Они являются частью нашего космического генеалогического древа. И теперь у нас есть новый способ их найти».

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

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

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

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

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

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

Астрономы давно мечтают обнаружить самые первые звёзды во Вселенной. Но пока даже обнаружение звёзд второго поколения случается менее одного раза на 100 тыс. звёзд. И всё же, обнаружить звезду второго поколения да ещё в другой галактике — это тоже удача и её только что поймали учёные из Чикагского университета. Эта звезда обнаружена у нас под боком в галактике-спутнике Млечного Пути Большом Магеллановом Облаке и она стала кладезем ценной информации.

Большое Магелланово Облако, наблюдаемое с помощью телескопа «Спитцер». Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/STScI)

Как известно, один из показателей возраста звезды — это степень её металличности. Чем меньше в спектре звезды металлов — всего, что тяжелее гелия в таблице Менделеева, тем она старше. Поэтому от спектра первых звёзд учёные ждут линий водорода и гелия (и немного лития) — только того вещества, которое образовалось в процессе Большого взрыва.

Считается, что первые звёзды были сверхбольшими и сверхгорячими, поэтому они просуществовали недолго и вследствие быстрого прогорания не встречаются нам при наблюдении за Вселенной. Но зато в их недрах в процессе термоядерных реакций успели возникнуть первые элементы тяжелее лития вплоть до железа по периодической таблице. Взорвавшись, первые звёзды образовали облака веществ для рождения звёзд второго поколения, в спектре которых мы можем обнаружить характерные металлы в определённых пропорциях. По совокупности таких (предполагаемых) признаков учёные и находят звёзды второго поколения.

Определённое количество звёзд второго поколения уже найдено в нашей галактике. Обнаружить звёзды второго поколения в других галактиках — это означает узнать о раннем распределении химических элементов во Вселенной. Фактически это как провести расследование места преступления по старым и почти стёршимся следам. Но это работает. Открытие в Большом Магеллановом Облаке звезды LMC 119, относящейся ко второму поколению звёзд, позволяет узнать о химическом составе пространства в ранней Вселенной вне нашей галактики.

Анализ химического состава LMC 119 не разочаровал. Эта звезда содержит иной количественный состав веществ, чем звёзды второго поколения в Млечном Пути. Так, звезда LMC 119 содержит заметно меньше углерода и железа, чем аналогичные звёзды нашей галактики. «Это было очень интригующе, и это наводит на мысль, что, возможно, увеличение содержания углерода в самом раннем поколении [звёзд], которое мы видим в Млечном Пути, не было универсальным. Нам придётся провести дальнейшие исследования, но это говорит о том, что существуют различия от области к области», — говорят учёные.

Два астрофизика из Института астрономии им. Макса Планка в Германии доказали, что центр нашей галактики Млечный Путь омывается двумя отдельными звёздными потоками из крайне старых звёзд, которые они назвали Шива и Шакти. Возраст этих звёзд составляет 12–13 млрд лет, что означает, что они ровесники нашей галактики и это делает их ценной и буквально археологической находкой.

Визуализация звёздных потоков Шива и Шакти вокруг центра Млечного Пути. Источник изображения: ESA/Gaia/DPAC/K. Malhan

Заявленное в журнале The Astrophysical Journal открытие древних звёздных образований вокруг центра Млечного Пути, каждое из которых обладает массой около 10 млн солнечных, помог сделать европейский астрометрический спутник «Гайя» (Gaia). «Гайя» изучает такие характеристики звёзд в нашей галактике и недалеко от неё, как скорость и вектор движения, удалённость, а также металличность. Тем самым спутник помогает создавать трёхмерную карту Млечного Пути и оценивать примерный возраст звёзд (чем больше в спектре звёзд атомов веществ тяжелее гелия, тем они старше).

Изучая наборы данных «Гайи» астрофизик Кхьяти Малхан (Khyati Malhan) и астроном Ганс Вальтер-Рикс (Hans Walter-Rix) обнаружили две независимые, но расположенные рядом популяции звёзд возрастом около 13 млрд лет. Они, как и другие звёзды в галактике, вращаются вместе со всеми остальными объектами вокруг центра Млечного Пути, но ведут себя как несколько обособленные структуры. Фактически это два звёздных потока из древних звёзд. Тот, что ближе к центру галактики учёные назвали Шивой, а чуть более отдалённый — Шакти.

«Что действительно удивительно, так это то, что мы вообще можем обнаружить эти древние структуры, — сказал Малхан. — С момента рождения этих звёзд Млечный Путь изменился настолько значительно, что мы не могли рассчитывать так чётко распознать их как группу, но беспрецедентные данные, которые мы получаем от Gaia, сделали это возможным».

Считается, что галактика Млечный Путь начала формироваться 13 млрд лет назад. Звёзды потоков Шива и Шакти, похоже, послужили первыми группами, которые инициировали запуск процессов образования рукавов галактики. Тогда это были «небольшие усики», как выразились учёные, однако время и вещество развило их в полноценные спиральные рукава длиной в 100 тыс. световых лет.

По образованиям таких звёздных групп, как Шива и Шакти учёные могут восстановить историю эволюции Млечного Пути. Звёздные потоки можно проследить до бывших звёздных скоплений, которые внесли свой вклад в формирование нашей галактики, увидеть какие звёзды Млечный Путь приобрёл при поглощении карликовых галактик и узнать многое из прошлого нашей галактики. Это ценно не только для изучения нашего звёздного дома, но также для понимания ранней истории Вселенной, что делает открытие вдвойне ценным.

Группа австралийских учёных опубликовала работу, в которой проведён анализ случаев, когда звёзды пожирают собственные планеты. В подобном учёные подозревают одну из каждой дюжины изученных двойных систем. Всего исследователи изучили 91 систему из звёзд-близнецов и пришли к выводу, что нестабильность орбит планетарных систем распространена во Вселенной сильнее, чем считалось.

Источник изображения: Casey Reed/NASA

Чтобы гарантированно обнаружить случаи поглощения планет звёздами учёные отобрали пары звёзд-близнецов, которые родились примерно в одно время и в одном объёме пространства. Это означает, что химический состав звёзд должен быть одинаковым, что покажет спектральный анализ каждой из них. Если в составе спектра той или иной звезды будут присутствовать нехарактерные элементы, в частности, настоящие металлы, а не просто всё, что тяжелее гелия, то следует сделать вывод, что звезда закусила планетой из собственной системы.

Из 91 пары звёзд в двойных системах 8 % светил показали в спектре присутствие железа, никеля и титана, тогда как большинство звёзд не содержало ничего тяжелее углерода и кислорода. По мнению исследователей, это надёжный признак случая, когда планета поглощена родной звездой.

Отметим, учёные не стали делать выборку из звёздных систем с большим количеством звёзд, в системах которых нестабильность планетарных орбит будет ещё сильнее, в чём можно убедиться при ознакомлении с произведением «Задача трёх тел» китайского писателя Лю Цысиня. Замеченная нестабильность в двойных системах, которая привела к срыву с орбит местных планетарных тел и так, как выяснилось, встречается достаточно часто, чтобы это вызвало беспокойство о жизни во Вселенной.

До этого учёные считали, что орбиты планет могут оставаться нестабильными в первые 100 млн лет образования звёздных систем. Пока всё утрясётся, многое может пойти не так. Однако все наблюдаемые пары звёзд в работе австралийцев были возрастом в несколько миллиардов лет, что исключает влияние на их химический состав событий первых сотен миллионов лет развития планетарных систем. Иными словами, местный апокалипсис произошёл в зрелых системах с полностью сформированными и геологически развитыми планетами.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) сделал снимок туманности NGC 604, которая находится в одной из ближайших к нашему родному Млечному Пути галактик и отличается высокой концентрацией молодых массивных звёзд.

Источник изображения: esawebb.org

Астрономов уже давно интересует туманность NGC 604, расположенная в относительно близкой к нашей Галактике Треугольника (2,7 млн световых лет). В этой туманности находятся около двухсот крупнейших звёзд, большинство из которых пребывает на ранних стадиях своей жизни. Это преимущественно звёзды классов O и B, то есть с самыми высокими температурами поверхности. Массы некоторых из этих звёзд в сто и более раз превосходят массу Солнца. Астрономам не известна ни одна другая область Вселенной, настолько плотно населённая крупными звёздами, как эта туманность.

Изображение, полученное камерой ближнего инфракрасного диапазона на телескопе «Джеймс Уэбб», содержит множество участков ярко-оранжевого цвета — так обозначено присутствие полициклических ароматических углеводородов. Звёздные ветры самых ярких и горячих молодых звёзд образовали в этой туманности полости, а ультрафиолетовое излучение ионизировало окружающий газ — ионизированный таким образом водород обозначен бело-голубым свечением.

Возраст туманности NGC 604 составляет всего 3,5 млн лет, что по космическим меркам чрезвычайно мало. Облако светящегося газа протянулось на 1300 световых лет. В галактике Млечный Путь подобные области не обнаружены.

Крупнейший в истории обзор ближайших к Земле протопланетных дисков у молодых звёзд позволил увидеть, как примерно выглядела Солнечная система в момент своего рождения. Дюжина команд астрономов со всей Европы объединила усилия и смогла представить данные о 86 молодых звёздах и окружающих их газопылевых дисках. Эта информация позволит больше узнать об эволюции звёздных систем и планет, а значит, лучше понять нашу систему.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

«Это действительно сдвиг в нашей области исследований, — сказал Кристиан Гински (Christian Ginski), преподаватель Университета Голуэя, Ирландия, и ведущий автор одной из трёх новых статей, опубликованных в Astronomy & Astrophysics. — Мы перешли от интенсивного изучения отдельных звёздных систем к этому огромному обзору целых областей звездообразования».

Для поиска молодых звёзд с протопланетными дисками были осмотрены три большие области звездообразования. Две из них находились на удалении 600 световых лет — это области Тельца и Хамелеона I, а одна на удалении 1600 световых лет — это область Ориона. Для начала учёные выявили общий момент для всех молодых звёздных систем. Оказалось, что протопланетные диски редко возникают в двойных и тройных молодых звёздных системах. В этом плане нам снова повезло. Если бы у Солнца была звезда-партнёр, а то и две, то шансы на появление планет в такой системе резко устремились бы вниз.

Также интересно, что среди протопланетных дисков наблюдалось впечатляющее разнообразие. Среди них были равномерные и безликие диски, диски со спиральными рукавами, пустотами и с другой асимметрией. Подобное учёные объясняют тем, что форма дисков может сильно искажаться, когда в них начинают появляться планетарные тела и чем больше зарождающаяся планета, тем сильнее искажения вплоть до образования спиральных рукавов и разрывов.

«На некоторых из этих дисков видны огромные спиральные рукава, предположительно приводимые в движение сложным танцем планет, вращающихся по орбитам», — поясняет Гински. «На других видны кольца и большие полости, образовавшиеся в результате формирования планет, в то время как другие кажутся гладкими и почти бездействующими среди всей этой суетливой деятельности», — добавляет Антонио Гаруфи (Antonio Garufi), астроном Астрофизической обсерватории Арчетри Итальянского национального института астрофизики (INAF) и ведущий автор одной из статей.

Некоторые из наблюдавшихся в работе протопланетных дисков. Источник изображения: ESO

Основные наблюдения были сделаны с помощью прибора SPHERE, установленного на VLT ESO (Очень большой телескоп Южной европейской обсерватории, установленный в Чили). Данные о распределении газа и пыли в протопланетных дисках предоставил радиотелескоп ALMA, также развёрнутый в Чили. Прибор VLT X-shooter предоставил данные о возрасте и массе наблюдаемых звёзд. Учёные ждут конца десятилетия, когда будет введён в строй Чрезвычайно большой телескоп с 39-м зеркалом. Этот инструмент позволит разглядеть в этих дисках зародыши планет, подобных Земле.