25 декабря — особенный день рождения для многих во всем мире, но это также большое событие для поклонников астрономии, которые будут отмечать вторую годовщину запуска космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) НАСА. С момента запуска в эксплуатацию в середине 2022 года самый мощный телескоп, когда-либо построенный, поразил наши умы своими потрясающими изображениями и развеял многие наши предвзятые представления о ранней вселенной.
От необъяснимо ярких галактик до жизни на чужих планетах и даже потенциальной гибели нашей стандартной модели вселенной - вот крупнейшие открытия JWST за 2023 год.
Обнаружение шести "невозможных" галактик на заре времен
Вскоре после выхода в сеть JWST сразу же обнаружил шесть огромных галактик-"разрушителей вселенной", содержащих, казалось, почти столько же звезд, сколько Млечный Путь, и датируемых всего 500 миллионами лет после Большого взрыва.
Находка вызвала переполох в астрономическом мире, и некоторые ученые предположили, что она поставила под сомнение наш нынешний взгляд на эволюцию галактик или даже наше понимание Вселенной.
Странное открытие указало на растущую загадочность того, как в нашей вселенной впервые возникли большие галактики. После проведения моделирования другие астрономы предположили, что в галактиках может быть не так много звезд, как казалось на первый взгляд, и вместо этого они могут просто светиться необычно ярко. Каким бы ни был ответ, необходимы последующие наблюдения за загадочными галактиками, прежде чем ученые смогут быть уверены.
Ставящие под сомнение стандартную модель космологии
Помимо того, что телескоп посеял семена потенциальных новых кризисов в астрономии, он также закрепил старый: напряженность Хаббла.
Проще говоря, Вселенная расширяется, но в зависимости от того, куда смотрят космологи, это происходит с разной скоростью. В прошлом двумя лучшими экспериментами по измерению скорости расширения были спутник Европейского космического агентства "Планк" (который дал наиболее вероятную скорость расширения 67 километров в секунду на мегапарсек) и космический телескоп "Хаббл", который изучал пульсирующие звезды, называемые Цефеидами, и обнаружил более высокое значение 73 км / с / Мпк.
Космологи думали, что это напряжение может быть вызвано неопределенностью, вызванной тем, что Хаббл не различает цефеиды и фоновые звезды, но JWST опроверг эту надежду результатом 74 км / с / Мпк.
С тех пор космология все глубже погружалась в "кризис", который может раскрыть новую физику или даже сломать стандартную модель. Что могло бы ее разрешить? Конечно, больше измерений с помощью JWST.
Обнаружение старейшей черной дыры во Вселенной — дважды
В списке открытий JWST в этом году были не только необъяснимо большие древние галактики, но и колоссальные черные дыры. Первая, CEERS 1019, имела массу, в 10 миллионов раз превышающую массу нашего солнца, и была обнаружена JWST всего через 570 миллионов лет после Большого взрыва, что делает ее старейшей черной дырой, когда—либо обнаруженной, на момент ее открытия в апреле 2023 года.
Мы говорим "в то время", потому что JWST не почивал на лаврах. Ранее в этом месяце телескоп обнаружил еще более старую массивную черную дыру через 440 миллионов лет после зарождения Вселенной.
Как эти гигантские разрывы пространства-времени так рано разрослись до таких ошеломляющих масштабов, по-прежнему остается загадкой. Астрофизики в настоящее время изучают варианты, которые включают образование черных дыр в результате быстрого коллапса гигантских газовых облаков, хотя они не исключают, что некоторые из них могли быть посеяны гипотетическими "первичными" черными дырами,которые, как считается, возникли через несколько мгновений после — а в некоторых теориях даже до — зарождения Вселенной.
Обнаружены десятки посторонних объектов, парящих в космосе
Сверхсильный глаз телескопа также позволил увидеть проблески совершенно новых, необъяснимых объектов. После изучения туманности Ориона JWST обнаружил 42 пары двойных объектов массой с массу Юпитера, или "Джамбо" — планет размером с Юпитер, дрейфующих в космосе парами, некоторые из которых находятся друг от друга на расстоянии, в 390 раз превышающем расстояние между Землей и Солнцем.
Гиганты слишком малы, чтобы быть звездами, но поскольку они, как ни странно, существуют парами, вряд ли они являются планетами-изгоями, выброшенными из солнечной системы. Их открытие предупредило астрономов о совершенно новом механизме образования планет или даже несостоявшихся звезд.
Наблюдение за потенциальными признаками инопланетной жизни на далеком водном мире
Еще одной особенностью JWST является его способность измерять спектр атмосфер удаленных экзопланет, инструментарий, который позволил ему обнаружить потенциальные признаки жизни на водном мире Златовласка, расположенном в 120 световых годах от нас.
Обнаруженная им экзопланета, K2-18 b, является субнептуновой планетой (массой где-то между массой Земли и Нептуна), вращающейся вокруг обитаемой зоны звезды красного карлика. После получения спектра атмосферы JWST обнаружил, что она богата водородом, метаном и углекислым газом — всеми химическими маркерами богатого водородом гицейского мира, который является главным претендентом на внеземную жизнь.
Еще более заманчивым было обнаружение диметилсульфида (DMS), соединения, пахнущего капустой, которое, как известно, вырабатывается только микроскопическими водорослями в океанах Земли. Исследователи хотят еще раз взглянуть на K2-18b и подобные ей миры, чтобы найти дополнительные доказательства существования внеземной жизни за пределами нашей планеты.
Обнаружена самая древняя нить "космической паутины", когда-либо виденной
Звезды и галактики распределены по всей нашей Вселенной неравномерно. Вместо этого они соединены огромной космической паутиной — гигантской сетью пересекающихся небесных супермагистралей, вымощенных газообразным водородом и темной материей.
Складываясь в хаотические последствия Большого взрыва, усики паутины сформировались в виде сгустков из бурлящего бульона молодой вселенной; там, где пересекались многочисленные нити паутины, в конечном итоге образовались галактики.
Понимание структуры этой паутины не только дает нам представление о хаотических взаимодействиях частиц, которые в первую очередь привели к существованию Вселенной, поэтому астрономы, использующие JWST, были ошеломлены, когда обнаружили самую раннюю из когда-либо виденных нитей этой паутины — газообразный щупальце, состоящее из 10 плотно упакованных галактик протяженностью более 3 миллионов световых лет.
Нить накала сформировалась, когда Вселенной было всего 830 миллионов лет, и частично обернута вокруг яркой черной дыры. Обнаружив больше, исследователи надеются найти ответы на вопрос о том, как образовались самые первые галактики.
Снимок устрашающе совершенного "кольца Эйнштейна", самого удаленного объекта с гравитационными линзами, который когда-либо видели
Еще одним дополнением к длинному списку рекордов космических расстояний JWST в этом году стало открытие самого удаленного объекта с гравитационными линзами, который когда—либо видели, - "кольца Эйнштейна", образованного искривлением света от далекой галактики вокруг загадочно плотной галактики на переднем плане.
Насколько далеко? На ошеломляющем расстоянии в 21 миллиард световых лет, что, учитывая возраст Вселенной 13,8 миллиарда лет, означает, что свет от галактики прошел почти вдвое большее расстояние из-за расширения космоса.
Помимо создания очень красивой картинки, подобные световые шоу с удаленными линзами могут помочь астрономам понять загадочную природу темной материи: невидимого вещества, которое, как считается, составляет 70% вещества Вселенной.
Увеличенное изображение отдаленного будущего Солнца
Джеймс Уэбб в основном раскрыл суть того, как все начиналось, но как насчет нашей возможной кончины? Не бойтесь, поджигатели судьбы: в этом году JWST показал вам захватывающее световое шоу умирающей звезды, предварительный просмотр гибели нашей солнечной системы.
Кольцевая туманность в форме пончика, также известная как Мессье 57 (M57), представляет собой остов взорвавшейся звезды на расстоянии 2200 световых лет, в центре которой находится крошечный укол белого карлика, который является последним оставшимся фрагментом ядра звезды.
Когда срок службы звезды подошел к концу, она взорвалась наружу, разбросав свои внутренности во все стороны, образовав нечто, похожее на гигантский глаз. Взрыв, вероятно, уничтожил или выбросил какие-либо неудачные планеты на своем пути — судьба, которая аналогичным образом постигнет нашу солнечную систему через 5 миллиардов лет.