Вселенная - удивительное место. Под невероятным инфракрасным взглядом космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) она предстает перед нами в лучшем виде, чем когда-либо ранее. Хотя может показаться, что мир давно перешел от эры Хаббла к эре JWST, на самом деле величайшая космическая обсерватория всех времен человечества еще не исполнилось двух лет. Она была запущена в Рождественский день 2021 года и требовала шести месяцев на развертывание, настройку и калибровочные операции, прежде чем она была готова начать основной этап своей жизни: полноценные научные операции. С тех пор, как эти вехи были достигнуты в июле 2022 года, JWST стал нашим космическим рабочим конем, открывая Вселенную в совершенно новом свете, с беспрецедентным разрешением и покрытием длин волн для изучения космоса.
Вот, без лишних слов, мои любимые научные изображения JWST, опубликованные в 2023 году:
1) Самая далекая черная дыра. Только в прошлом месяце, объединив данные рентгеновского телескопа Чандра с глубокими инфракрасными изображениями JWST кластера галактик Abell 2744, ученые обнаружили маленькую, далекую, раннюю галактику с массой всего около 10-100 миллионов солнечных масс, но с невероятно ярким рентгеновским излучением, указывающим на активную черную дыру массой около 9 миллионов солнечных масс.
Это не только самая далекая черная дыра, когда-либо обнаруженная, но и наш первый пример такого экстремального соотношения масс, где центральная черная дыра примерно такая же массивная, как все звезды в галактике вместе взятые. Наше понимание формирования и совместного развития черных дыр и галактик уже никогда не будет прежним.
2) Вид JWST на Крабовидную туманность. В 1054 году в нашей Галактике произошел взрыв сверхновой, такой яркий и долгий, что был виден с Земли в течение длительного времени. Теперь, почти 1000 лет спустя, мы можем посмотреть в том же направлении на небе и найти Крабовидную туманность: остаток сверхновой, простирающийся более чем на 10 световых лет, с молодым, энергичным, вращающимся нейтроном в его ядре, Крабовым пульсаром.
В то время как видимые изображения Хаббла подчеркивают различные элементы и узлы газа, отражающие свет, инфракрасные изображения JWST демонстрируют наличие пыли, ускоренных электронов и даже вырезанные особенности, созданные ветрами и магнетизмом центрального пульсара. Вопрос о загадке массы, или о том, где все "пропавшее" вещество, которое было бы необходимо для взрыва прародительской звезды, может еще найти свое решение в данных JWST, которые все еще анализируются.
3) Самый глубокий когда-либо вид JWST: вид JADES. Сотрудничество по продвинутому глубокому внегалактическому обзору JWST, или JADES, опубликовало полностью масштабируемый, исследуемый вид своего поля, с различными фильтрами NIRCam и спектрами NIRSpec, которые могут быть наложены поверх огромного набора сфотографированных объектов.
Хотя это представляет собой относительно узкое поле зрения в небе, оно содержит самую далекую галактику, когда-либо обнаруженную до сих пор, а также ряд кандидатов, которые могут оказаться еще дальше. Это демонстрирует невероятные возможности и разнообразие того, что возможно с JWST.
4) JWST заглядывает внутрь туманности Ориона. Когда вы смотрите внутрь ближайшего к нам в Млечном Пути крупного региона звездообразования, туманности Ориона, что вы собираетесь найти? Под взглядом JWST есть огромное количество блестящих, сверкающих новых звезд, все еще находящихся в процессе формирования. Некоторые из них, показанные здесь, являются объектами Хербига-Аро: массивными молодыми звездами, выделенными звездными потоками.
В других случаях есть протозвезды, все еще находящиеся в процессе формирования, молодые одиночные и двойные звезды, которые уже закончили формирование, и туманные регионы, которые даже JWST не может проникнуть. Наконец, были некоторые сюрпризы: объекты массой Юпитера, которые не являются членами никакой звездной системы, включая удивительно большое количество из них, которые являются двойными объектами. Изображения так же красивы, как и наука глубока.
5) Самая далекая гравитационная линза. В центре этого изображения находится массивная компактная галактика, расположенная примерно в 17 миллиардах световых лет от нас в этой расширяющейся Вселенной.
Кольцо вокруг нее, с двумя красными пятнами, на самом деле является одной, более далекой галактикой, которая находится на одной линии взгляда с ближайшей галактикой, но гравитация искажает ее в кольцо: пример гравитационного линзирования. Хотя более далекие фоновые линзы были замечены, это представляет собой самую далекую переднюю линзу — объект, фактически выполняющий линзирование, — когда-либо обнаруженный.
6) Самый массивный галактический кластер для своего времени. Хотя галактические кластеры найдены по всей Вселенной, ожидается, что они будут становиться все больше и больше по массе с течением космического времени.
Для времени, когда он был обнаружен во Вселенной, галактический кластер El Gordo, сфотографированный здесь JWST, является самым массивным из известных: с более чем двумя квадриллионами солнечных масс материала внутри, несмотря на то, что его свет исходит из более чем 5 миллиардов лет назад. В этом кластере, обозначенном A и B, находятся гравитационно линзированные галактики, известные как "Ла Флака", что по-испански означает "худая" (подходящее дополнение к Эль Гордо, или "толстяк") и Рыболовный крючок. На самом деле обе эти линзированные галактики совершенно нормальны; их свет растягивается в эти необычные формы передней гравитацией галактического кластера перед ними.
7) Самая далекая красная сверхгигантская звезда. Расположенная на том же поле, что и El Gordo, и, следовательно, на том же поле, что и линзированные галактики Рыболовный крючок и "Ла Флака", находится одиночная красная сверхгигантская звезда, известная как Куйльюр: самая далекая красная сверхгигантская звезда, когда-либо обнаруженная.
Хотя ранее обнаруженная звезда Эарендиль, также сфотографированная JWST, но впервые обнаруженная Хабблом, еще дальше, это показывает, что нахождение отдельных звезд в ранней Вселенной не является единичным случаем, а скорее что сочетание невероятных возможностей JWST плюс усиление гравитационного линзирования может раскрыть отдельные звезды дальше назад в космическое время, чем любым другим методом.
8) Обнаружена тройная линзированная "Сверхновая H0pe". Иногда очень далекие галактики имеют свой свет растянутым в несколько изображений под воздействием гравитационного линзирования. Когда нам очень повезет, в этой линзированной галактике произойдет переходное событие, такое как сверхновая, позволяющее человечеству наблюдать за событием сверхновой на повторе в каждом из нескольких изображений.
Причина, по которой это дает такую надежду, или H0pe в данном случае, заключается в том, что стремление измерить сегодняшнюю скорость расширения Вселенной, также известную как H0 или постоянная Хаббла, дает два разных ответа в зависимости от того, какой набор методов используется.
Открытие Сверхновой H0pe предоставляет потенциальный способ разрешить эту загадку расширяющейся Вселенной, и, возможно, будущие наблюдения многократно линзированных сверхновых, в которых JWST должен быть выдающимся, будут именно тем, что нам нужно для разрешения так называемого "напряжения Хаббла".
9) Пыльные секреты внутри спиральных галактик. Большинство изображений, которые мы видим спиральных галактик, сделаны в видимом свете, где звезды ярко светят, но где нейтральное вещество, особенно пылинки, кажутся темными, блокируя этот свет. Не так с инструментом MIRI JWST, который подсвечивает и освещает пыль внутри этих галактик, показывая места будущего и текущего нового формирования звезд.
На этом виде галактики NGC 7496 не только ярко выражены пылевые полосы, вместе с розово-белыми областями, демонстрирующими области, где уже формируются новые звезды, но и центр галактики демонстрирует блестящие дифракционные шипы: доказательство активно питающейся сверхмассивной черной дыры в центре галактики.
10) Туманность Кольцо. Рассматриваемая как с инструментами NIRCam, так и MIRI независимо, эта туманность является одной из самых известных планетарных туманностей: что осталось после того, как умирающая звезда, подобная Солнцу, сбросила свои внешние слои в своих агониях, в то время как ее ядро сжимается до формирования белого карлика.
Вы можете найти в обоих видах детальные детали внутренних нитей, которые активно испаряются из-за излучения, а также примерно 10 концентрических дуг за пределами основной кольцевой особенности, богатых углеводородами на изображении MIRI. Ни одна другая обсерватория никогда не показывала такого уровня детализации внутри Туманности Кольцо.
11) Потрясающий вид JWST на кольца Сатурна. Что светит ярче, чем Сатурн, согласно глазам JWST? Почему, конечно, кольца Сатурна. В то время как сам Сатурн является относительно прохладной планетой с атмосферой, богатой облаками и туманом, разделенной на полосы по широте, он в основном очень тусклый в инфракрасном свете.
Однако его кольца на 99,9% состоят из льда, который еще более отражательный в инфракрасном свете, чем в видимом свете, что приводит к этому уникальному и потрясающему виду на кольца Сатурна. На этом изображении от JWST видны кольца A, B, C и F, а также разделение Кассини и промежуток Энке. Сатурн был последней планетой-гигантом в нашей Солнечной системе, сфотографированной JWST, завершив портрет семьи нашей Солнечной системы.
12) Уран, новый и улучшенный. Хотя JWST поймал свой первый взгляд на Уран в феврале 2023 года, данные, полученные 4 сентября 2023 года, показывают гораздо более захватывающий вид. 9 из его 13 внутренних лун, плюс все пять его основных больших лун, все раскрыты, как и по крайней мере пять из его колец, наряду с несколькими особенностями на самой планете: плотная полярная шапка, которая исчезает в направлении экваториальных широт, с пунктирной темной полосой и штормами Урана, расположенными ближе к экватору.
По мере того, как Уран приближается к своему солнцестоянию впервые с 1986 года, эти виды JWST учат нас информации, которую не может раскрыть ни одна другая обсерватория.
13) Космический бенгальский огонь. Хотя это показывает часть самого первого научного изображения, выпущенного JWST, только в январе 2023 года была обнаружена эта замечательная особенность, известная как галактика Спарклер, в данных JWST. В желтых полях, показанных выше, находятся три изображения одной и той же далекой галактики, линзированной, растянутой и увеличенной гравитацией переднего кластера SMACS 0723. "Искры", которые наиболее легко видны на самом большом, центральном изображении, на самом деле являются шаровыми скоплениями, ярко проходящими через новые эпизоды формирования звезд.
Когда JWST подробно изучил эти скопления, он обнаружил, что в них уже есть более старые популяции звезд, проливая новый свет на то, как могут происходить "вторые всплески" формирования звезд внутри шаровых скоплений: особенность, которой обладает только часть всех известных шаровых скоплений.
14) Неожиданное открытие промежуточного пояса. Мы часто смотрели на нашу Солнечную систему как на прототип того, что ожидаем найти в других местах Вселенной. Хотя планеты могут существовать как близко, так и далеко от звезды, мы ожидаем, что будет серия линий замерзания, с самой внутренней, соответствующей поясу астероидов, и самой внешней, соответствующей аналогу пояса Койпера.
Однако, когда JWST изучил молодую звездную систему Фомальгаут, он обнаружил то, чего нет в нашей Солнечной системе: промежуточный пояс, найденный за пределами внутреннего диска, где должен быть пояс астероидов, но внутри аналога пояса Койпера. Является ли эта особенность типичной для звездных систем, означая, что мы - исключение, или это необычно, означая, что это исключение? Необходимы дополнительные данные, но это загадка, которую мы даже не знали, что нужно будет решить до 2023 года.
15) Самый далекий галактический кластер. Ранее в 2023 году ученые спектроскопически проанализировали серию далеких, очень красных, тусклых галактик, найденных в поле зрения за кластером Пандоры: Abell 2744. Они обнаружили, что по крайней мере семь из этих галактик находятся на точно таком же красном смещении, указывая на присутствие протогалактического кластера, самого раннего, когда-либо найденного всего через 650 миллионов лет после Большого взрыва.
В то время как Хаббл нашел ранее известный протогалактический кластер, находящийся через 800 миллионов лет после Большого взрыва, и сотрудничество CEERS нашло один всего через 1,2 миллиарда лет после Большого взрыва, этот кластер с длинным именем A2744z7p9OD был обнаружен сотрудничеством GLASS, демонстрируя важность просмотра многих различных областей неба в поисках самых далеких классов объектов всех.
Эти 15 изображений представляют собой лишь малую часть видов и науки, которые поступили из JWST, и лучшая часть заключается в том, что, вероятно, у нас есть еще 20 лет отличной науки JWST впереди. Великая космическая история и наше понимание ее во многих отношениях только начинают раскрываться.