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 Хаббл запечатлел потрясающее массовое скопление галактик eMACS J1353.7+4329. Это скопление находится примерно в восьми миллиардах световых лет от Земли в созвездии Гончих Псов. Для сравнения, самый удаленный объект, когда-либо наблюдаемый человечеством, находится на расстоянии 13,5 миллиарда световых лет от Земли.

Источник изображений: ESA/Hubble & NASA, H. Ebeling

Это скопление галактик является «монстром в процессе становления» и состоит, по меньшей мере, из двух эллиптических скоплений галактик, которые находятся в процессе слияния воедино, как указывается в заявлении Европейского космического агентства.

На новом фото с «Хаббла» кластер галактик виден как плотное скопление овальных форм. У каждой галактики есть светящаяся оранжевая аура вокруг яркого ядра. Множество других галактик разбросаны по всему изображению, включая яркую звезду запечатлена с четырьмя характерными дифракционными лучами.

Космический монстр eMACS J1353.7+4329 из скоплений галактик действует как гравитационная линза, позволяя исследователям изучать ранние галактики более подробно, чем они могли бы сделать это ранее. Гравитационное линзирование происходит, когда массивные объекты в переднем плане, такие как сливающиеся галактики, искривляют структуру пространства и времени таким образом, что свет от более дальних объектов увеличивается или искажается.

«Небесное тело, такое как скопление галактик, достаточно массивно, чтобы искажать пространство и время, в результате чего путь света вокруг объекта видно, как будто он искривлен огромным объективом, — заявили представители Европейского космического агентства. — Первые намеки на гравитационное линзирование уже видны на этом изображении в виде ярких дуг, которые переплетаются с множеством галактик в eMACS J1353.7+4329».

На изображении можно видеть эффекты гравитационного линзирования справа от самой большой центральной галактики, которая растянула фоновую галактику, вызвав появление двух соединенных тонких дуг.

Недавние наблюдения eMACS J1353.7+4329 были сделаны в нескольких диапазонах длин волн с использованием камерой широкого поля и камерой ACS телескопа «Хаббл». Эти данные были собраны в рамках инициативы под названием Monsters in the Making, которая охватывает пять исключительных скоплений галактик. Наблюдения «Хаббла» за этими огромными гравитационными линзами легли в основу дальнейшего изучения таких объектов с использованием космического телескопа «Джеймс Уэбб» NASA.

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.

Европейская южная обсерватория (ESO) сообщила, что работы по строительству Чрезвычайно большого телескопа (ELT) завершены на 50 %. Проект стартовал в 2014 году и сопровождался неоднократными задержками. Но вторая половина строительства пойдёт живее — первые наблюдения неба телескопом ELT нам обещают в 2028 году.

Источник изображения: ESO

Земляные работы на проекте ELT в Чили на вершине горы Серро Армазонес в пустыне Атакама начались в 2014 году. Закладку первого камня в фундамент колоссальной башни обсерватории произвели в 2017 году. Пандемия и технические трудности, которые всегда сопровождают проекты подобного масштаба, серьёзно сдвинули график работ, ведь согласно первоначальным планам телескоп должен был начать научные обзоры неба в 2024 году.

Параллельно с возведением купола обсерватории, диаметр которого будет 85 м, полным ходом идёт изготовление зеркал и вспомогательных систем телескопа. Зеркала и другие компоненты телескопа изготавливаются европейскими компаниями. Телескоп ELT будет иметь пятизеркальную оптическую конструкцию, включающую гигантское главное зеркало (M1) из 798 шестиугольных сегментов диаметром 39 метров. В настоящее время изготовлено более 70 % заготовок и опор для этих сегментов, а зеркала M2 и M3 отлиты и находятся в процессе полировки.

Особенно впечатляет работа над адаптивным гибким зеркалом М4, которое будет тысячу раз в секунду менять свою форму для коррекции искажений, вызванных турбулентностью воздуха — все шесть его тонких лепестков полностью готовы и интегрированы в конструктивный блок. Также изготовлены и переданы для тестирования в ESO все шесть лазерных источников и один ключевой компонент адаптивной оптики.

Остальные системы для полной комплектации ELT, включая систему управления и оборудование для сборки и ввода телескопа в эксплуатацию, также находятся в процессе разработки или производства. Все четыре первых научных прибора обсерватории вышли на этап окончательного проектирования, а некоторые из них уже готовы к производству. Наконец, большая часть вспомогательной инфраструктуры для ELT уже создана на Серро Армазоне или вблизи горы.

Поскольку первая половина проекта включала в себя длительный и кропотливый процесс доработки конструкции подавляющего большинства компонентов, она получилась изрядно затянутой в реализации. Теперь, когда производственные процессы полностью возобновлены после пандемии и оптимизированы, завершение изготовления оставшейся половины проекта ELT, как ожидается, займет всего пять лет. Но специалисты предупреждают, что на таких проектах может случиться всякое.

ELT в представлении художника

«Планируемый к началу научных наблюдений в 2028 году, ELT ЕСО будет решать такие астрономические вопросы, как: одиноки ли мы во Вселенной; универсальны ли законы физики; как образовались первые звезды и галактики? Чрезвычайно большой телескоп кардинально изменит наши представления о Вселенной и заставит переосмыслить наше место в космосе», — сказано в пресс-релизе обсерватории.

Аэрокосмическая компания SpaceX запустила в космос орбитальную обсерваторию Европейского космического агентства (ESA) Euclid («Евклид»), которая предназначена для изучения тёмной материи и тёмной энергии. Ракета Falcon 9 с космическим телескопом на борту стартовала с площадки космодрома на мысе Канаверал во Флориде, а первая ступень носителя совершила мягкую посадку на специальную плавучую платформу примерно через восемь минут после запуска.

Источник изображения: SpaceX

Космическая обсерватория Euclid отделилась от второй ступени носителя примерно через 41 минуту после старта и продолжила движение к месту назначения в точке Лагранжа L2 системы Солнце-Земля на расстоянии 1,5 млн км от нашей планеты. Расположение в точке Лагранжа позволит телескопу находиться на относительно стабильной орбите. Запущенный в прошлом году телескоп «Джеймс Уэбб» Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США также находится на этой орбите.

Принято считать, что тёмная материя и тёмная энергия составляют большую часть Вселенной, но наблюдать эти явления в видимом спектре волн нельзя. Для изучения тёмной материи и тёмной энергии телескоп Euclid будет использовать систему формирования изображений в видимой части спектра VISible Imager (VIS), а также спектрометр и фотометр ближнего инфракрасного диапазона Near Infrared Spectrometer and Photometer (NISP). За время проведения исследовательской миссии Euclid, которая рассчитана на шесть лет, обсерватория сделает снимки миллиардов галактик и звёзд. Эти данные помогут учёным узнать больше о тёмной материи и тёмной энергии. Если всё пойдёт по плану, то телескоп начнёт передавать данные на Землю в следующем году.

Источник изображения: ATG / ESA, CC BY-SA

Любопытно, что изначально для запуска обсерватории Euclid планировалось использовать российскую ракету-носитель «Союз». Запуск должен был состояться с космодрома Куру во Французской Гвиане, а в роли оператора пуска выступала компания Arianespace. Однако после обострения ситуации на Украине сотрудничество по многим совместным проектам в космосе между Россией и западными странами было прекращено.

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».

Астрономы использовали беспрецедентные возможности космического телескопа «Джеймс Уэбб» для обнаружения настоящего монстра звёздного мира. Выявленная чёрная дыра оказалась столь беспрецедентно массивной, что, вероятно, остановила процесс образования новых звёзд в древней галактике GS-9209.

"Джеймс Уэбб", иллюстрация. Источник изображения: NASA

Команда учёных из Эдинбургского университета использовала «Джеймс Уэбб», чтобы изучить одну из самых отдалённых галактик — GS-9209 находится в 25 млрд световых лет от Земли. В ходе исследования, результаты которого опубликованы в журнале Nature, выяснилось, что галактика интересна не только этим. По данным учёных, речь идёт о т.н. «массивной покоящейся галактике», всего через 800 млн лет после Большого взрыва сформировавшей столько же звёзд, сколько имеется в Млечном пути. Хотя GS-9209 имеет примерно столько же звёзд с общей массой, равной приблизительно 40 млрд масс Солнца, размером галактика в 10 раз меньше нашей.

«Джеймс Уэбб» помог учёным выяснить, что главный виновник того, что образование звёзд в чужой галактике прекратилось, — сверхмассивная чёрная дыра в центре GS-9209, которая в 5 раз массивнее, чем должна была бы быть в соответствии с современными научными представлениями — исходя из числа светил в галактике.

По словам учёных, такая чёрная дыра оказалась «большим сюрпризом» и ещё одним подтверждением одной из теорий, согласно которой сверхмассивные чёрные дыры могут мешать появлению новых звёзд. В процессе аккреции они интенсивно испускают высокоэнергетическое излучение, которое нагревает газ и буквально «выталкивает» его из галактик, в результате чего новые звёзды не возникают из-за нехватки основного «строительного материала».

Тот факт, что данная чёрная дыра столь массивна, может означать, по мнению учёных, что она была «очень активна в прошлом», поглощая огромное количество газа и пыли и, вероятно, светилась как квазар, а вся энергия, выделенная в процессе аккреции, вероятно, серьёзно повлияла на процесс звездообразования во всей галактике, не давая газу превратиться в новые звёзды.

«Джеймс Уэбб» чрезвычайно эффективен не только на длинных, но и на весьма коротких дистанциях. Относительно недавно он обнаружил гигантский ледяной гейзер на спутнике Сатурна — Энцеладе, что поможет учёным сделать немало открытий, связанных с этим небольшим, покрытым льдом миром.

NASA поделилось новыми видами на красоты космоса, которые нам продолжает открывать телескоп «Джеймс Уэбб». Но одних только данных «Уэбба» было бы недостаточно для раскрытия множества нюансов бесконечного многообразия Вселенной. А вот объединив их с данными рентгеновской обсерватории NASA «Чандра» и рядом других инструментов удалось воссоздать картины космоса, которые человеческий глаз никогда бы не увидел.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображений: NASA|ESA

Данные с инфракрасных датчиков «Уэбба» были дополнены снимками «Чандры» в рентгеновском диапазоне, а также данными, полученными телескопами «Хаббл» (видимый свет), «Спитцер» (инфракрасный свет), космическим телескопом Европейского космического агентства XMM-Newton (рентгеновский свет) и телескопом Европейской южной обсерватории New Technology Telescope (оптический свет).

Для восприятия изображений человеческим глазом снимки были раскрашены в видимые нашему глазу цвета. Рентгеновский диапазон раскрашен фиолетовым, а инфракрасный и видимый от синего до красного и оранжевого.

NGC 346 (Рентген: фиолетовый и синий; инфракрасный/оптический: красный, зеленый, синий)

Объект NGC 346 — это звёздное скопление в соседней галактике, Малом Магеллановом Облаке, на расстоянии около 200 000 световых лет от Земли. «Уэбб» показывает шлейфы и струи газа и пыли, которые звезды и планеты используют в качестве исходного материала в процессе своего формирования. Фиолетовое облако в левой части изображения — это данные «Чандры» — представляет собой остатки взрыва сверхновой массивной звезды. Также «Чандра» показывает молодые, горячие и массивные звёзды, которые раздувают вещество в пространстве вокруг себя. Снимки включают данные «Хаббла» и «Спитцера», а также вспомогательные данные XMM-Newton и Телескопа новых технологий ESO.

NGC 167. (Рентген: фиолетовый; оптический: красный, зеленый, синий; инфракрасный: красный, зеленый, синий)

Объект NGC 1672 — это спиральная галактика, но особая, которая относится к так называемым «зарешечённым» спиралям. В близких к центру областях таких галактик рукава из звёзд в основном выстроены в прямую линию, а не изгибаются спиралью. Данные «Чандры» высвечивают компактные объекты, такие как нейтронные звёзды или чёрные дыры, которые вытягивают материал из звёзд-компаньонов, а также остатки взорвавшихся звёзд. Дополнительные данные «Хаббла» (оптический свет) помогают заполнить изображения центральной части спиральных рукавов пылью и газом, а данные «Уэбба» дополнили изображения рукавов.

Туманность M16. (Рентген: красный, синий; инфракрасный: красный, зеленый, синий)

Туманность M16 (туманность Орла или Мессье 16) также называют «Столпами творения» за характерные облака пыли и газа в виде колонн. На датчиках «Уэбба» эти тёмные столбы газа и пыли очень хорошо видны, как и скрытые в них несколько молодых звёзд, которые только формируются. Датчики «Чандры», показывают там же молодые звёзды в виде точек — они испускают большое количество рентгеновского излучения.

Галактика M74. (Рентген: фиолетовый; оптический: оранжевый, голубой, синий; инфракрасный: зеленый, желтый, красный, пурпурный)

Наконец, галактика M74 (Мессье 74). Она такая же спиральная, как наш Млечный Путь. Мы видим её с отличного угла зрения — как на ладони. Она находится на расстоянии около 32 млн световых лет от нас. Галактику Мессье 74 прозвали призрачной галактикой, потому что она сравнительно тусклая и незаметная в небольшие телескопы. «Уэбб» показывает в ней газ и пыль в инфракрасном диапазоне, а данные «Чандры» высвечивают высокоэнергетическую активность звёзд в рентгеновском диапазоне. Оптические данные «Хаббла» показывают дополнительные звезды и пыль в виде пылевых полос.

Благодаря телескопу «Хаббл» астрономы получили новые доказательства присутствия недалеко от Земли чёрной дыры промежуточной массы — редчайшего объекта во Вселенной, который уверенно ещё никогда не обнаруживал себя. Объект найден в шаровом звёздном скоплении всего в 6000 световых годах от нашей системы. По космическим меркам — это словно соседний двор.

Шаровое скопление, в котором был обнаружен загадочный объект промежуточной массы. Источник изображения: ESA/Hubble, NASA

Забавно, что чёрные дыры промежуточной массы — это тайна в квадрате. Мы и сами чёрные дыры не можем увидеть — свет и электромагнитное излучение в целом не вылетают за их горизонты событий. Мы детектируем эти объекты по косвенным наблюдениям в виде тяготения к ним звёзд или по излучению перегретых дисков аккреции, а моделирование ставит в этом вопросе окончательную точку. Именно моделирование отсеивает чёрные дыры из череды невидимых карликов, нейтронных звёзд и прочего, что в силу ограниченной чувствительности могут не увидеть наши телескопы.

И среди множества обнаруженных невидимых объектов — чёрных дыр — нет ни одной уверенно трактуемой, как чёрной дыры промежуточной массы. Есть маленькие чёрные дыры массой до 100 масс Солнца, массивные чёрные дыры с массой от сотен тысяч масс Солнца, а также сверхмассивные — от миллиона масс Солнца. Чёрных дыр в промежутке от 100 до 100 000 солнечных масс в природе не наблюдаются, а они должны быть!

Впрочем, пару кандидатов в чёрные дыры промежуточной массы (среди сотни миллионов обнаруженных маленьких чёрных дыр только в нашей галактике) астрономы нашли. Это объекты 3XMM J215022.4-055108, который «Хаббл» помог открыть в 2020 году, и HLX-1, обнаруженный ещё в 2009 году. Оба они находятся в плотных звёздных скоплениях на окраинах других галактик. Каждый из этих кандидатов имеет массу до нескольких десятков тысяч солнечных масс. Также целый ряд чёрных дыр, вероятно, с промежуточной массой, был открыт рентгеновской обсерваторией NASA «Чандра», но к этим открытиям всё ещё множество вопросов.

Наконец, астрономы воспользовались услугами «Хаббла», чтобы поохотиться на неуловимые чёрные дыры промежуточной массы в наших окрестностях. Как сказано выше, обнаруживаются они косвенно, например, по круговому движению звёзд в определённых регионах, где нет видимого центра. Такие вещи лучше наблюдать как можно ближе, чтобы наверняка исключить тусклые объекты и более точно рассчитать круговые траектории видимых объектов.

«Хаббл» направили на ядро Мессье 4 (М4) — шарового звёздного скопления в 6000 световых годах от Земли. На видео показано, как звёзды движутся по кругу вокруг невидимого центра масс в течение 12 лет наблюдений (для этого использованы архивы телескопа). Моделирование показало, что это с чрезвычайно большой вероятностью может быть только чёрная дыра промежуточной массы, которая была оценена в 800 солнечных масс. «Хаббл» поставил точку в этой загадке и стал инструментом, который предоставил самые убедительные на сегодня доказательства существования чёрных дыр промежуточной массы.

Поскольку чёрные дыры промежуточной массы в шаровых скоплениях были долго неуловимы, астрономы сделали оговорку: «Хотя мы не можем полностью утверждать, что это центральная точка гравитации [компактный объект], мы можем показать, что она очень мала. Она слишком мала, чтобы мы могли объяснить это иначе, чем одиночной чёрной дырой. Как вариант, может существовать звёздный механизм, о котором мы просто не знаем, по крайней мере, в рамках нынешней физики».