Специалисты Европейского космического агентства завершили предварительную экспертизу проекта ARIEL (Atmospheric Remote‐sensing Infrared Exoplanet Large‐survey), который в будущем займётся изучением атмосфер экзопланет. В целом конструкция аппарата и полезной нагрузки космической обсерватории признаны как отвечающие задачам миссии и не имеющие изъянов. На очереди критический обзор дизайна проекта и начало изготовления платформы и приборов.

Источник изображения: ESA/STFC RAL Space/UCL/Europlanet-Science Office

На борту обсерватории ARIEL будут оптический и инфракрасный телескопы, спектрометры и ряд других приборов и сопутствующих систем. Проект был утверждён для разработки в 2018 году, чтобы уже десять лет спустя он мог начать работу. Теперь отправка обсерватории в космос ожидается не раньше 2029 года, если не будет новых переносов. Завершение предварительной экспертизы дизайна ARIEL даёт надежду, что в дальнейшем сроки будут соблюдены.

«Это действительно большой шаг для миссии, и мы очень довольны результатом, — сказала Тереза Люфтингер (Theresa Lueftinger), научный сотрудник проекта ARIEL в ЕКА. — Команда ЕКА, команда по полезной нагрузке консорциума ARIEL и компания Airbus приложили огромное количество труда и усилий для успешного достижения этой важной вехи, и сотрудничество прошло чрезвычайно успешно. Все элементы были собраны вместе и оценены, и теперь мы знаем, что миссия осуществима, и мы можем заниматься наукой».

Космическая обсерватория ARIEL будет изучать составы атмосфер 1000 экзопланет, а также звёзды-хозяйки систем, где находятся эти миры. Изучаться будет не только химический состав атмосфер (преимущественно горячих экзопланет и суперземель), но также структура и динамика облачных покровов как в течение местных суток, так и в течение года. Сбор данных об атмосферах 1000 экзопланет поможет понять эволюцию атмосфер и планет и, в конечном итоге, лучше разобраться в вопросах поведения атмосферы Земли, как и упрочить основу под программами поиска внеземной жизни.

На очереди критический обзор дизайна проекта ARIEL, станции и полезной нагрузки, после которого десятки европейских институтов и NASA начнут изготовление научных приборов для обсерватории и вспомогательного оборудования. Шасси для обсерватории изготовит компания Airbus вместе с партнёрами, а ракету, запуск и обслуживание обеспечит ЕКА.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» получил наиболее полное изображение одного из интереснейших для наблюдения в любительские телескопы объектов — планетарной туманности Кольцо (M57). Это разлетевшаяся оболочка звезды крупнее нашего Солнца, которая завершила свой жизненный путь — очень яркий, красочный и привлекательный объект для наблюдений. А для профессиональных астрономов туманность Кольцо это лаборатория для изучения финала эволюции звёзд.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: NASA / ESA / CSA / JWST Ring Nebula Team / Roger Wesson

Новое изображение туманности Кольцо получено с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона NIRCam и набора узкополосных фильтров. В центре картинки обнаружился белый карлик — это всё, что осталось после сброса внешней оболочки звезды на последних стадиях её эволюции. Когда-нибудь подобное произойдёт с нашим Солнцем. Оно превратится в красного гиганта с чрезмерно раздутой оболочкой и в один из моментов сбросит её. Газ и вещество разлетятся по Солнечной системе, сметая на своём пути всё, включая и атмосферу Земли.

Но со стороны всё выглядит красиво, особенно в таких подробностях, как представил «Уэбб» — с завихрениями и сгустками в областях, где оболочка звезды сталкивалась с холодным газом в пространстве. По этой картине учёные могут восстановить динамику разлёта оболочки, однако и это не всё. Приборы «Уэбба» позволяют проводить спектральный анализ вещества, тем более что туманность Кольцо находится почти рядом с нами (по меркам Вселенной) — до неё примерно 2,5 тысячи световых лет. Учёные получили раскладку по химическому составу вещества оболочки и, например, удивились обилию молекул с соединением углерода.

«С научной точки зрения мне очень интересно узнать, как звезда превращает свою газообразную оболочку в эту смесь простых и сложных молекул и пылевых сгустков, и эти новые наблюдения помогут нам это выяснить», — поделился один из авторов исследования.

Европейское космическое агентство сообщило о получении первых тестовых снимков, сделанных космической обсерваторией Euclid («Евклид»), которая была запущена месяц назад для поиска следов тёмной материи и тёмной энергии. Когда учёные включили приборы, то были в шоке — обнаружилась световая засветка от Солнца. В корпусе телескопа оказалась щель, которая пропускала боковой свет, что могло серьёзно навредить проекту, но всё обошлось. Первые опубликованные снимки засветки не имеют.

Источник изображения: ESA

Обсерватория «Евклид» была запущена в космос 1 июля на ракете Falcon 9 компании SpaceX. К настоящему времени аппарат почти добрался до точки базирования на удалении 1,5 млн км от Земли. «Евклид» будет работать в точке Лагранжа L₂, там же, где сейчас работает телескоп «Джеймс Уэбб». Основной задачей «Евклида» станет создание трёхмерной карты галактик на глубину до 10 млрд световых лет. При этом он будет определять не только удалённость галактик, но также их форму, состав, скорость и вектор движения.

Программа «Евклида» предусматривает картографирование 30 % неба. Первые тестовые снимки, полученные учёными, показали, что оборудование работает самым лучшим образом. Но всё едва не испортил выявленный в конструкции телескопа дефект. Обнаружилась небольшая щель, которая пропускала боковой свет от Солнца и засвечивала изображение от прибора, снимающего в видимом спектре. Чтобы получать снимки без засветки, нужно избегать определённых ориентаций телескопа в пространстве. Возможно, это приведёт к перерасходу топлива обсерватории, и она закончит научную программу до срока, но всё равно лучше, чем провал миссии.

Тестовый снимок обсерватории «Евклид» в оптическом диапазоне (нажмите для увеличения)

Точное измерение положения, скорости, размера и массы галактик на таком большом участке пространства позволит очень и очень точно подобраться к определению характеристик тёмной материи и тёмной энергии. Первая отвечает за формирование и «цементирование» галактик, а вторая заставляет галактики разлетаться по Вселенной с ускорением. Благодаря этим задачам обсерваторию «Евклид» называют также охотником за тёмной материей, хотя она, конечно же, никакой тёмной материи не увидит.

Тестовый снимок обсерватории «Евклид» в ближнем инфракрасном диапазоне (нажмите для увеличения)

Полученные первые снимки показали высокий потенциал возможностей оборудования обсерватории. Она делает снимки неба площадью примерно четверть полной Луны. Один снимок делается в оптическом (видимом) диапазоне, а другой — в ближнем инфракрасном диапазоне. Оптический диапазон позволяет определять форму галактик, а инфракрасный — состав и удалённость галактики, в чём помогает фотометрия и разложение на спектр.

Следующие два месяца обсерватория будет проходить процедуру точной настройки и калибровки приборов, и только после этого приступит к полноценной научной работе.

Во Вселенной происходят физические явления, которые никогда не будет возможно повторить в земных условиях. Наблюдая такие явления, учёные познают мир, и новые инструменты помогают делать это лучше и точнее, как новая рентгеновская обсерватория NASA IXPE. Этот инструмент помог вскрыть структуру электромагнитных полей джетов блазаров, где частицы разгоняются до околосветовых скоростей.

Художественное представление релятивистской струи, бьющей из центра чёрной дыры, окружённой аккреционным диском (в рентгене видна «белая область» — это фронт ударной волны). Источник изображения: NASA/Pablo Garcia

Поразительно, что открытие сделано с расстояния 400 млн световых лет от Земли. Впрочем, энергия выбросов — джетов или струй блазаров, бьющих из центров чёрных дыр — настолько велика, что затмевает свет всех остальных звёзд в галактике-хозяйке. Тем не менее, приборы обсерватории NASA IXPE смогли различить спиралевидную структуру электромагнитного поля в месте движения ударной волны в струе блазара Маркарян 421 (Markarian 421) в созвездии Большой Медведицы.

Ранее обсерватория IXPE смогла увидеть признаки спиралевидной структуры в джете другого блазара — Маркарян 501. Двукратное наблюдение за блазаром Маркарян 421 позволило более детально изучить структуру поля и окончательно утвердиться в мысли, что частицы в джете разгоняются до околосветовых скоростей именно благодаря формированию фронта ударной волны, а фронт волны, в свою очередь, формируется в процессе вращения частиц по линиям электромагнитного поля по спирали.

Обсерватория NASA IXPE

Интересно, что два наблюдения блазара Маркарян 421 с перерывом свыше полугода не показало изменения в поляризации рентгеновского излучения джета. При этом каждое из наблюдений показывало постоянную смену поляризации на 15 %. Оказалось, что между двумя наблюдениями поляризация поменялась на 180 градусов. Это стало сюрпризом, поскольку никто не ожидал таких крупных витков «спирали» в магнитном поле струи. И это открытие позволило упрочить фундамент под нашими знаниями о физике джетов и блазаров.

С лёгкой руки Ньютона земная наука ввела в практику спектральный анализ источников видимого света. К примеру, гелий сначала обнаружили в спектре Солнца и только 13 лет спустя нашли на Земле. Специалисты NASA и JAXA шагнули ещё дальше — рентгеновский телескоп XRISM, который запустят 26 августа, будет изучать невидимые или рентгеновские спектры. Это даст информацию о самых энергичных событиях и объектах во Вселенной, включая взрывы сверхновых и чёрные дыры.

Рентгеновская обсерватория XRISM в представлении художника. Источник изображения: NASA, JAXA

Собирать спектры — измерять температуру (или энергию) рентгеновских лучей — будет разработанный в NASA датчик Resolve разрешением 6 x 6 пикселей. Это настолько чувствительный инструмент, что его необходимо будет охладить до температуры всего на доли градуса выше абсолютного нуля.

«Спектры, собранные XRISM, будут самыми подробными из всех, которые мы когда-либо видели для некоторых явлений, которые мы будем наблюдать, — сказал Брайан Уильямс (Brian Williams), научный сотрудник проекта XRISM NASA в Центре космических полетов им. Годдарда. — Миссия позволит нам получить представление о некоторых наиболее сложных для изучения местах, таких как внутренние структуры нейтронных звезд и джеты [релятивистские струи] частиц, движущихся со скоростью, близкой к световой, которые испускают чёрные дыры в активных галактиках».

Датчик Resolve способен проводить спектроскопию рентгеновского излучения с энергией от 400 до 12 000 эВ (электрон-вольт), измеряя энергию отдельных рентгеновских лучей для формирования спектра. Для сравнения, энергия видимого света составляет около 2–3 эВ. Разложение рентгеновского излучения на спектральные составляющие даст информацию о химическом и физическом составе и свойствах изучаемых объектов и явлений. Мы не можем заглянуть внутрь нейтронной звезды или чёрной дыры, но по данным спектрального анализа сможем оценить, из каких элементов состоят ядра таких звёзд, и каковы физические параметры той или иной чёрной дыры.

Датчик Resolve

Вторым прибором у космической обсерватории XRISM стала камера Xtend. Её особенность — чрезвычайно большое поле обзора для рентгеновского диапазона. Оно примерно на 60 % больше среднего видимого размера полной Луны. Искать источники рентгеновского излучения на небе занятие непростое. Камера Xtend с расширенным полем обзора облегчит такие задачи.

Запуск обсерватории XRISM намечен на 26 августа. Пуск состоится на японской ракете-носителе H-IIA с комплекса в Космическом центре Танэгасима.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) разработали для того, чтобы проникнуть в тайны Вселенной глубже, чем когда-либо в истории астрономии. Учёные планировали заглянуть как можно дальше в пространство, параллельно совершая своеобразное путешествие в прошлое. Прошёл год с начала его научной деятельности, и результаты превзошли все ожидания, телескоп не только помог в изучении древних галактик, но и объектов в Солнечной системе. К годовщине NASA опубликовало снимок облачного комплекса Ро Змееносца — ближайшей к Земле области звездообразования.

Ро Змееносца. Источник изображения: NASA

Проект JWST задумывался ещё в 1980-е в качестве преемника «Хаббла», но с его реализацией пришлось долго ждать из-за финансовых ограничений — инвестиции в $10 млрд учёные выбивали очень нелегко. При этом, в отличие от «Хаббла», новый телескоп изначально не проектировался, как модульная конструкция с возможностью замены комплектующих и исследователи были буквально счастливы, когда удалось успешно вывести его на орбиту вокруг Солнца в точку Лагранжа L₂, находящуюся на расстоянии более 1,5 млн км от Земли и ввести в эксплуатацию. Полёты людей на такое расстояние никогда не осуществлялись, поэтому о ремонте в обозримом будущем в случае любого инцидента не может быть и речи.

Столпы творения. Источник изображения: NASA

По имеющимся данным, движение «Джеймса Уэбба» по орбите вокруг Солнца не было слишком простым — в определённый период ему даже пришлось прекратить сбор данных по соображениям безопасности, а столкновение с крупным микрометеороидом повредило фрагмент его зеркала. Хотя телескоп отправили в космос рождественским утром 2021 года, его команда отмечает годовщину только сегодня, поскольку немало времени ушло на развёртывание зеркала и ввод аппарата в эксплуатацию.

Квинтет Стефана — один из первых снимков, сделанных JWST. Источник изображения: NASA

Фактически основной целью JWST была своеобразная «космическая археология». Свет, хотя и слабеет со временем, остаётся вечно, смещаясь в инфракрасную часть спектра, что позволяет «Джеймсу Уэббу» изучать очень далёкое прошлое на заре появления Вселенной. Одним из основных открытий JWST стала информация о том, что многие наиболее удалённые, а значит, древние галактики оказались странно яркими для своего возраста — некоторые теоретические научные положения, возможно, придётся пересмотреть. Одним из факторов, ставших причиной такой светимости, как это ни парадоксально, могут быть сверхмассивные чёрные дыры. Хотя сама чёрная дыра только поглощает свет и материю, устремляющиеся к ней газ и пыль могут нагреваться и светиться чрезвычайно ярко. Например, очень ярко светится сердце галактики CEERS 1019, в котором, как считается, находится самая удалённая и древняя из обнаруженных сегодня активная сверхмассивная чёрная дыра.

Cкопление галактик SMACS 0723. Источник изображения: NASA

Делаются и другие открытия. Например, учёным впервые удалось с помощью «Джеймса Уэбба» обнаружить углекислый газ на удалённой экзопланете WASP 39b, причём саму планету невозможно разглядеть с помощью современных технологий — приходится полагаться на косвенные данные, получаемые при прохождении планеты мимо диска своей звезды.

Необычный снимок Сатурна. Источник изображения: NASA

Наконец, телескоп позволил совершенно по-новому взглянуть на планеты в Солнечной системе — достаточно посмотреть на изображение Сатурна с его кольцами или Юпитера.

Юпитер в ближнем инфракрасном диапазоне. Источник изображения: NASA

Нептун. Источник изображения: NASA

Примечательно, что многие учёные, как сообщает The Washington Post, в основном не смотрят на сами изображения, обрабатывая непосредственно данные — реальные снимки способны вызвать потрясения даже у них самих.

Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» добавила в копилку знаний о Сатурне собственные наблюдения. Впервые изображение «планеты с кольцами» было сделано в ближнем инфракрасном диапазоне на длине волны 3,23 мкм. Учёные едва приступили к глубокому анализу полученных изображений, но чтобы понять всю мощь инструментов «Уэбба», нам достаточно обработанного снимка Сатурна и знания, что он получен с расстояния в 1370 млн км.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, STScI

По заявке группы астрономов «Уэбб» сделал несколько очень длительных по экспозиции снимков Сатурна. Наблюдения должны были показать способность оборудования обсерватории обнаруживать слабосветящиеся и поэтому небольшие луны планеты-гиганта. Это необходимо как для уточнения состава системы Сатурна, так и для изучения эволюции планеты и системы. Научная работа по этому наблюдению пока не заявлена, и её подготовка может потребовать длительного времени. Ожидается ещё одна серия наблюдений «Уэббом» за Сатурном, которая добавит знаний об этой планете.

Кроме информации о спутниках Сатурна новые снимки несут данные об атмосфере планеты и её кольцах. Кольца с большим содержанием льда особенно ярко выделяются на снимках, поскольку атмосфера Сатурна в значительной степени поглощает инфракрасное излучение, а материал колец его хорошо отражает.

Необработанный снимок

Также на изображении хорошо заметна разница между южным и северным полюсом — последний темнее, что может объясняться разницей в сезонах в обоих полушариях. В северном полушарии сейчас лето и в атмосфере может быть больше аэрозольной взвеси, которая сильнее поглощает инфракрасный свет. Диск планеты, что интересно, как бы очерчен светлой каймой. Это может быть следствием флюоресценции метана в верхних слоях атмосферы или проявляться в результате излучения ионов триводорода в ионосфере, либо причина кроется в одновременном присутствии обоих явлений сразу.

Кроме того, в северном полушарии прослеживается некоторая пятнистость. Нечто подобное наблюдалось во время обзора Юпитера «Уэббом». Явление может быть связано с распространением крупных волн в верхних слоях атмосферы Сатурна. Наконец, это просто красиво.

В NASA раскрыли дату запуска обсерватории «Евклид». До этого события остались считанные дни. Обсерватория была заправлена топливом около недели назад и сейчас, похоже, устанавливается в ракету. В космос её выведет ракета-носитель Falcon 9 компании SpaceX. Заявлена прямая трансляция на сайте NASA. Главной целью «Евклида» станет поиск следов тёмной материи и тёмной энергии во Вселенной.

Источник изображения: ЕКА

Запуск состоится уже в эту субботу 1 июля в 11:11 утра по местному времени (18:11 мск). Это базовые дата и время, но нельзя исключать переноса запуска по тем или иным причинам. Трансляция запуска будет вестись на сайте NASA.

Миссия «Евклида» (Euclid) рассчитана на шесть лет. Если возникнут излишки топлива, например, в процессе доставки обсерватории в зону базирования — к точке Лагранжа L₂ на удалении 1,5 млн км от Земли, — то её работа может быть продлена. Для значительных манёвров и коррекции положения в пространстве будут использоваться ракетные двигатели на гидразине (140 кг в полном баке), а для стабилизации во время работы — импульсные газовые двигатели на сжатом азоте (70 кг азота в четырёх баках).

К месту базирования обсерватория должна подойти в начале августа. Делать обзоры неба она будет с помощью трёхзеркального 1,2-метрового телескопа Корша. Изображение будет передаваться на два научных прибора — VIS (VISible imager) и NISP (Near Infrared Spectrometer and Photometer) для наблюдений в оптическом и инфракрасном диапазонах. Часть ключевого оборудования для одного из них предоставило NASA.

Синим очерчено обзорное поле наблюдения «Евклида», жёлтым — поля глубоких обзоров. На фоне изображение от телескопа «Гайя»

«Евклид» будет наносить на трёхмерную карту Вселенной галактики и галактические скопления вплоть до удаления на 10 млрд световых лет (до красного смещения z = 2). Он будет измерять расстояния до галактик и их характеристики (вес, размеры и прочее). Эти данные лягут в основу определения точных параметров тёмной материи и тёмной энергии. Первая «цементирует» вселенский мир, а вторая отвечает за расширение этого мира.

Международная группа учёных сообщила о знаковом открытии — в космосе впервые найдена особая молекула углерода, которая важна для зарождения биологической жизни. Молекула обнаружена в протопланетном диске молодой звезды на удалении 1350 световых лет от нас. Но это не единственная странность в этой звёздной системе, а для движения науки вперёд, чем больше лежит на пути загадок, тем лучше!

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: ESA/Webb, NASA, CSA

Анализ спектральных данных, собранных обсерваторией «Джеймс Уэбб», обнаружил невиданные ранее линии спектра. В течение четырёх недель занятые в работе учёные смогли идентифицировать сигналы до определения источника — молекулы метил-катиона (CH₃+). Это стало первым подтверждённым обнаружением данного соединения за пределами Земли.

Ещё в 70-х годах прошлого века появилась теория, что для зарождения биологической жизни на Земле и в космосе важным этапом должно стать образование такого соединения углерода, как метил-катион. Это своего рода катализатор или посредник для запуска множества химических реакций, которые в итоге могут привести к образованию соединений, породивших органическую химию. Чтобы подтвердить эту гипотезу метил-катион должен обнаруживаться в космосе, но радиотелескопы не способны его уловить из-за особенностей строения молекулы, а инфракрасные телескопы с Земли банально не работают.

Прорыв произошёл благодаря инфракрасной космической обсерватории «Джеймс Уэбб» с её революционной спектральной и инфракрасной чувствительностью, а также высочайшим на сегодня пространственным разрешением.

Молекула метил-катиона обнаружена в протопланетном диске небольшого красного карлика d203-506 в туманности Ориона. Особенность данного объекта в том, что протопланетный диск подвергается сильной бомбардировке ультрафиолетом от близлежащих молодых и более массивных звёзд. Сам красный карлик на такое не способен. Ультрафиолет, как ни странно для нас это звучит, не разрушает метил-катион, а даёт энергию для запуска процесса его синтеза. Такое, вероятно, происходит на ранних стадиях зарождения органической химии и не вредит ей, а даёт толчок к развитию.

Обнаружение метил-катиона в протопланетном диске d203-506 оказалось не единственной странностью. Так, в системе вообще не выявлено наличие молекул воды, хотя обычно её следы есть везде. На этот счёт учёные предполагают, что в этом снова виновато сильное ультрафиолетовое излучение на определённом этапе развития протопланетных дисков. В любом случае исследователи получили больше информации для прослеживания ранних этапов развития органической химии и зарождения жизни на Земле и в космосе, что рано или поздно ляжет в основу стройной теории и будет подтверждено новыми наблюдениями.

Европейское космическое агентство сообщило, что космическая обсерватория «Евклид» (Euclid) проходит этап заправки топливом перед запуском в космос. Заправка осуществляется на предприятии Astrotech во Флориде недалеко от места будущего старта. Обсерватория будет запущена на ракете SpaceX Falcon 9, хотя первоначально она должна была лететь на «Союзе». Целью «Евклида» станет поиск следов тёмной материи и энергии во Вселенной.

Источник изображения: ESA

«Евклид» — это европейский проект. Обсерватория будет выведена в точку Лагранжа L₂ на удалении 1,5 млн км от Земли, где уже работает обсерватория «Джеймс Уэбб». «Евклид» будет смотреть на небо как в видимом диапазоне, так и в ближнем инфракрасном, поэтому чем дальше он от Солнца, тем лучше будет его работа. Научная программа обсерватории рассчитана на шесть лет. Но её продолжительность будет зависеть, в том числе, от расхода топлива.

Для доставки обсерватории в точку базировании, ежемесячной коррекции положения в пространстве и для последующей утилизации обсерватория будет заправлена 140 кг гидразина. Это топливо будет питать десять двигателей обсерватории, и будет храниться в одном баке. За стабилизацию телескопа в процессе съёмки будут отвечать шесть импульсных газовых двигателей на азоте. На борту «Евклида» четыре бака для азота под высоким давлением, которые вмещают 70 кг газа.

Непосредственной работой обсерватории «Евклид» станет съёмка галактик на удалении до 10 млрд световых лет. Обсерватория охватит участок до 30 % неба, на котором отметит миллиарды галактик на всю глубину наблюдения до этапа юности Вселенной и определит их красное смещение. Эти данные позволят с высочайшей точностью вычислить параметры поведения как тёмной материи, так и тёмной энергии. Телескоп не сможет напрямую увидеть эти объекты и явления, но их воздействие на Вселенную он определит с предельно возможной для современной науки точностью.

По поведению галактик во времени можно будет узнать, как росло ускорение их разлёта — это путь для уточнения свойств тёмной энергии, а трансформация галактик во времени даст характеристики для вычисления свойств тёмной материи. Тем самым «Евклид» предоставит информацию для лучшего моделирования поведения «тёмной» стороны Вселенной. Дождёмся запуска, до которого остались считанные дни — запланирован он на июль 2023 года, но точной даты пока нет.

После Большого взрыва газ в родившейся Вселенной был настолько горячий и плотный, что поглощал едва ли не все электромагнитные излучения. Тёмные века закончились с появлением первых звёзд, свет которых запустил повторную ионизацию газа в пространстве, что в итоге сделало Вселенную прозрачной для всех диапазонов наблюдения. Но это всё в теории. Как обстояли дела на практике, учёные могли только догадываться. Но «Джеймс Уэбб» изменил правила игры.

Галактики из ранней Вселенной, окружённые «пузырями» из прозрачного газа. Источник изображения: NASA, ESA, CSA

Высокий уровень чувствительности в инфракрасном диапазоне помог космической обсерватории «Джеймс Уэбб» заглянуть так далеко в раннюю Вселенную, как никогда раньше. Выбранное астрономами время наблюдения лежало на рубеже 900 млн лет после Большого взрыва. Это фактически на границе завершения эпохи реионизации, что позволяло увидеть картину распределения прозрачности газа в большом масштабе.

Для нас как для наблюдателей в это время вокруг галактик образовывалось что-то в виде огромных пузырей прозрачного газа. «Пузыри» были уже достаточно большими, чтобы увидеть их границы, и они ещё не начали сливаться друг с другом у соседних галактик. Это произойдёт намного позже — через сотни миллионов лет, и тогда Вселенная станет практически прозрачная для наблюдения во всех направлениях.

До наблюдений «Уэбба» эти пузыри эпохи реионизации никто воочию не наблюдал, но чтобы их обнаружить потребовались наблюдения целого ряда других телескопов. Более того, просто так «пузыри» были бы невидны. Потребовалось в некотором роде везение. Там далеко в ранней Вселенной ещё до появления искомых галактик обнаружился квазар. Кстати, «Уэбб» подтвердил, что это самый яркий квазар из обнаруженных в ранней Вселенной — масса чёрной дыры в центре этой активной галактики в 10 млрд раз превышает массу Солнца. Этот квазар как фонарик подсветил все галактики от него до нас, высветив прозрачные пузыри и снизив интенсивность свечения в непрозрачных областях.

Пример эволюции (реионизации) газа под воздействием активной «жизнедеятельности» галактик в ранней Вселенной

Картина получилась настолько интересной, что проводившие наблюдения астрономы поспешили опубликовать данные до полного разбора всей информации. В направлении квазара «Уэбб» сделал шесть снимков глубокого поля и сразу выхватил 117 галактик, разгоняющих «вселенский туман». Представленные сегодня данные опираются на анализ только одного снимка, а пять ещё в обработке. Но даже первый результат не позволил учёным сдержать себя, ведь такого ещё никто не видел.

Обнаружить сложные органические молекулы всего через 1,5 млрд лет после Большого взрыва — «это как третьекласснику выйти на пенсию», прокомментировали событие учёные. Обнаружены не простые молекулы типа воды или углекислого газа, а найдены сложные соединения из сотен и тысяч атомов. На таком этапе развития Вселенной этого мало кто ожидал. Очевидно, близится время глубокого пересмотра наших теорий об эволюции звёзд, галактик и самой Вселенной.

Синий объект — это галактическое скопление, оранжевый — далёкая галактика, наблюдаемая сквозь гравитационную линзу. Источник изображения: J. Spilker / S. Doyle, NASA, ESA, CSA

Сделать открытие помогли возможности нового космического телескопа «Джеймс Уэбб» и хорошо известный эффект гравитационного линзирования. Гравитационная линза была создана удалённым от нас на 3 млрд световых лет массивным скоплением галактик. Гравитация этого скопления настолько сильно исказила вокруг себя пространство-время, что фоновые объекты далеко за ним появились вокруг него в сильно увеличенном виде.

Так удачно совпало, что почти точно за скоплением в 12 млрд световых лет от нас находилась одиночная галактика SPT0418-47. Именно её изображение увеличила гравитационная линза от скопления. На снимке далёкая галактика превратилась в ореол, сияющий вокруг скопления. Простая математика позволяет вернуть галактике первоначальный вид и воссоздать её реальный образ.

Спектральные приборы «Уэбба» позволили выделить в свете галактики SPT0418-47 сложные органические молекулы, которые на Земле обычно находятся в нефти. Обнаружить подобное в открытом космосе всего через 1,5 млрд лет после Большого взрыва — это было удивительно. Это указывает на то, что химические преобразования во Вселенной шли гораздо быстрее, чем это себе представляла земная наука. На тот момент Вселенная прошла только 10 % своего развития, а органики там не меньше чем в нашей галактике. Подобные вещества должны были быть в ней в следовых количествах и недоступны для определения земными приборами. Но «Уэбб» смог это сделать и ещё на шаг приблизил нас к пониманию эволюционных процессов во Вселенной.

Принцип работы гравитационной линзы

Новые наблюдения «Уэбба» обещают обнаружить сложные органические вещества в других галактиках ранней Вселенной и, возможно, на ещё более ранних этапах её развития. К сожалению, прибор телескопа для таких открытий начал деградировать. Ранее мы сообщали, что спектрометр среднего разрешения (MRS) инструмента MIRI на самых длинных волнах начал снижать пропускную способность (количество света, которое регистрируется датчиками). Если команда телескопа не найдёт решения проблемы, подобные наблюдения после 2024 года станут невозможными.

Сборная группа астрономов сообщила о завершении анализа самых последних данных, полученных от космической обсерватории «Кеплер». Финальная научная кампания телескопа продлилась около двух недель, в последнюю из которых телескоп был почти неуправляемым. Но даже из такого набора данных учёные смогли вытянуть информацию о трёх новых обнаруженных экзопланетах. Телескоп выдавал результат до последней капли топлива в баках.

Источник изображения: NASA Jet Propulsion Laboratory

Обсерватория «Кеплер» создавалась для охоты за экзопланетами. Телескоп был запущен в 2009 году на орбиту вокруг Земли. Аппарат должен был следить за яркостью звёзд на северном небе, определяя наличие экзопланет по провалам в кривой блеска звёзд, когда планеты пересекали их диски. За четыре года «Кеплер» отследил кривые блеска 150 тыс. звёзд и обнаружил около 2000 экзопланет. На этом срок его миссии закончился, но научная работа не прекратилась — в баках обсерватории ещё оставалось топливо.

Впрочем, проблема была не только в заканчивающемся горючем. За 4 месяца до завершения миссии у телескопа отказал один из гироскопов, а ещё через 10 месяцев после окончания топлива отказал второй (всего их было 4). Телескоп стало трудно ориентировать и удерживать в стабильном положении, и его на время отключили. Весной 2014 года «Кеплер» вернули к работе, решив задачу стабилизации оригинальным образом. Третьей «точкой опоры» стал солнечный ветер. Это не позволяло направлять телескоп куда вздумается, но в пару десятков мест неба «Кеплер» теперь мог смотреть с уверенностью.

После этого телескоп работал ещё свыше четырёх лет, делая это «набегами», которые учёные стали называть кампаниями. Последняя кампания началась в августе 2018 года на почти сухих баках. Десять дней «Кеплер» собирал высококачественные данные и ещё неделю смог проработать с постоянной потерей стабилизации. 30 октября 2018 года телескоп официально отправлен на пенсию.

За почти девять лет наблюдений он открыл свыше половины из надёжно зарегистрированных за пределами нашей системы 5000 экзопланет. И даже последние дни работы телескопа принесли открытия — расшифрованные данные рассказали об открытии двух экзопланет и одного кандидата в экзопланеты.

Интересно добавить, что к анализу последних данных «Кеплера» привлекли астрономов-любителей. Энтузиасты охотно тратят личное время на ручной анализ данных. Именно благодаря им были сделаны открытия в последних данных «Кеплера», для чего потребовалось глазами просмотреть кривые блеска почти 33 тыс. звёзд.

Две подтвержденные планеты — это K2-416 b, которая примерно в 2,6 раза больше Земли и обращается вокруг своей звезды примерно каждые 13 дней, и K2-417 b — чуть более крупная планета, которая более чем в три раза больше Земли и обращается вокруг своей звезды каждые 6,5 дней. Из-за размера и близости к своим звёздам обе планеты относятся к классу «горячих мини-нептунов». Они расположены на расстоянии около 400 световых лет от Земли.

Планета-кандидат EPIC 246251988 b — это самая большая из трёх планет. Она почти в четыре раза больше Земли. Эта планета размером с Нептун и обращается она по орбите вокруг своей звезды примерно за 10 дней. От Земли до неё 1200 световых лет.

«Мы обнаружили, вероятно, последние планеты, когда-либо открытые "Кеплером", в данных, полученных, когда космический аппарат буквально работал на износ, — сказал Эндрю Вандербург, доцент физики факультета астрофизики и космических исследований имени Кавли Массачусетского технологического института. — Сами планеты не особенно необычны, но их нетипичное открытие и историческое значение делают их интересными».

В NASA сообщили, что 288-Мп мультиспектральный датчик изображений установлен в камеру Wide Field Instrument (WFI), которая станет основой космического телескопа «Нэнси Грейс Роман» (WFIRST). Телескоп «Роман» будет за раз делать снимок в 100 раз большего участка неба, чем способен «Хаббл», но с тем же уровнем детализации. Это будет невообразимый по возможностям инструмент, запуск которого ожидается в мае 2027 года.

Последний штрих — установка защитной крышки на массив датчиков. Источник изображения: NASA/Chris Gunn

Массив датчиков с электроникой или Focal Plane System (FPS) разработан инженерами Центра космических полетов NASA им. Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, и специалистами компании Teledyne Scientific & Imaging в Камарилло, штат Калифорния. Команда NASA также разработала электронику и собрала FPS.

Непосредственно сборкой камеры Wide Field Instrument (WFI) занимаются инженеры компании Ball Aerospace в Боулдере, штат Колорадо. Некоторое время назад массив датчиков был доставлен в сборочный центр и на днях его установили в прибор. Массив состоит из 18 отдельных матриц изображения, каждая из которых имеет разрешение 16,8 Мп. Все вместе они будут делать огромные инфракрасные снимки неба, каждый из которых по полю зрения будет в сто раз превышать кадр, сделанный «Хабблом».

Завершится сборка камеры WFI установкой систем охлаждения. Датчики инфракрасного телескопа должны надёжно охлаждаться до очень и очень низких температур, без чего свет от далёких звёзд и галактик просто не получить. В частности, рабочая температура датчиков должна быть -178 °C. Тепло будет отводить массив радиаторов, который рассеет его в открытое пространство.

Телескоп «Нэнси Грейс Роман» в представлении художника

После установки радиаторов камера «Роман» будет готова к термальным вакуумным испытаниям, которые пройдут этим летом. Для интеграции камеры в состав обсерватории она будет возвращена в центр NASA, что ожидается весной будущего года. Запуск обсерватории, напомним, предварительно намечен на май 2027 года.

Используя данные рентгеновской обсерватории NASA «Чандра» (Chandra) и других телескопов учёные обнаружили неизвестную ранее угрозу для жизни на планетах земного типа. На определённой фазе процесса образования сверхновых исходящее от области взрыва рентгеновское излучение способно уничтожить биологическую жизнь на планетах в радиусе до 100 световых лет и больше. Раньше это явление не принималось во внимание. Но теперь к нему надо отнестись со всей серьёзностью.

Воздействие сверхновой и гибель жизни на планете земного типа в представлении художника. Источник изображения: NASA

Традиционно опасными для всего живого периодами в явлении сверхновых считались гамма-излучение в первые дни и месяцы после взрыва, а также поток высокоэнергичных частиц, приходящий через сотни и тысячи лет.

Новые наблюдения показали, что в процессе взрыва сверхновой возникает ещё одна угроза — поток рентгеновского излучения, который возникает в результате удара взрывной волны сверхновой звезды о плотный газ, окружающий взорвавшуюся звезду. Генерируемый процессом поток излучения может достичь обитаемой планеты в течение месяцев или лет и будет длиться десятилетиями, что приведёт к вымиранию биологической жизни на планетах земного типа.

Полученные данные проверены при наблюдении 31 сверхновой и последствий их взрывов. Наблюдения проводились в основном с помощью рентгеновской обсерватории NASA Chandra, и миссий Swift и NuSTAR, а также XMM-Newton Европейского космического агентства. Из данных следует, что планеты могут подвергнуться смертельным дозам радиации, находясь на расстоянии около 160 световых лет. На составном изображении ниже показаны четыре сверхновые в исследовании (SN 1979C, SN 1987A, SN 2010jl и SN 1994I).

Источник изображения: NASA/CXC/Univ. of Illinois/I. Brunton et al.

Среди представленных в наборе изображений четырёх сверхновых объект SN 2010jl произвёл наибольшее количество рентгеновского излучения. По оценкам авторов, эта сверхновая обеспечила смертельную дозу рентгеновского излучения для планет земного типа, находящихся на расстоянии менее 100 световых лет от неё.

Длительный поток рентгеновского излучения может серьёзно изменить химический состав атмосферы планеты. В частности, для похожей на Землю планеты этот процесс может привести к уничтожению значительной части озона, который защищает жизнь от опасного ультрафиолетового излучения звезды-хозяина. Это также может привести к гибели широкого спектра организмов, особенно морских, находящихся в основании пищевой цепи, что приведет к вымиранию.

В изменённом составе атмосферы начнёт преобладать диоксид азота, что проявит себя в виде образования коричневой дымки в воздухе. Растения на суше начнут погибать, и процесс рискует стать необратимым (это явление проиллюстрировано на заглавном изображении).

На Земле найдены изотопы, образование которых учёные объясняют избыточным гамма-излучением — это явный признак работы сверхновых. Тем самым последствия от взрывов могли сказаться на Земле в период от 2 до 8 млн лет назад. Оценки дают данные, что эти сверхновые находились на расстоянии от 65 до 500 световых лет от Земли.

В настоящее время Земля и Солнечная система находятся в безопасном пространстве с точки зрения потенциальных взрывов сверхновых, но масса других планет в Млечном Пути таковыми не являются. Поэтому такие высокоэнергетические события рискуют значительно сократить области в нашей галактике, известные как Галактическая зона обитаемости, где потенциально может существовать биологическая жизнь.

Авторы настоятельно рекомендуют проводить последующие наблюдения за взаимодействующими сверхновыми в течение месяцев и лет после взрыва, что позволит нам полнее оценить их опасность и степень влияния на близлежащие миры. Не стоит искать жизнь в радиационной пустыне, лишних ресурсов на это попросту нет.