Опубліковано перші зображення та спектри від телескопа Вебба

НАСА представило зроблені космічним телескопом Джеймса Вебба найчіткіші зображення та спектри п′яти об′єктів: туманність Кіля, Квінтет Стефана, туманність Південне Кільце, екзопланета WASP-96 b та галактичне скупчення SMACS 0723.

Як розповіли в НАСА, розпочалася нова ера в астрономії, коли світ уперше побачив усі можливості космічного телескопа імені Джеймса Вебба, створеного американським аерокосмічним агентством у партнерстві з ЄКА (Європейське космічне агентство) та ККА (Канадське космічне агентство).

Перші повноколірні зображення та спектроскопічні дані телескопа були опубліковані під час телевізійної трансляції у вівторок, 12 липня 2022 року, о 17:30 за київським часом з Центру космічних польотів НАСА імені Годдарда у Грінбелті, штат Мериленд.

Новини за подібною темою:

		Три "червоні монстри" у ранньому Всесвіті кидають виклик сучасним моделям формування галактик
		У ранньому Всесвіті знайдено чорну діру, що поглинає матерію набагато швидше, ніж теоретично можливо
		Вебб і Габбл показали моторошну пару галактик

Наведені нижче цілі являють собою першу хвилю повноколірних наукових зображень і спектрів, зібраних обсерваторією, та офіційний початок загальних наукових операцій "Вебба". Вони були відібрані міжнародним комітетом у складі представників НАСА, ЕКА, ККА та Наукового інституту космічного телескопа.

Ці перші зображення з найбільшого й найпотужнішого у світі космічного телескопа демонструють потужність Вебба, який готовий розпочати свою місію з відкриття інфрачервоного Всесвіту.

Туманність Кіля

credit: NASA, ESA, CSA, and STScI

Фотографії більшої роздільної здатності на сайті телескопа Вебба

Цей ландшафт з "горами" та "долинами", який поцяткований блискучими зорями, насправді є краєм недалекої від нас молодої зореутворювальної області NGC 3324 у туманності Кіля. Зняте в інфрачервоному світлі новим космічним телескопом Джеймса Вебба це зображення вперше показує раніше невидимі області народження зірок.

Хоч і називаються Космічними скелями, нібито як тривимірні зображення Вебба виглядають як скелясті гори у місячний вечір. Насправді це край гігантської газоподібної порожнини всередині NGC 3324, а найвищі піки на цьому зображенні мають висоту близько 7 світлових років. Багата на печери область була вирізана в туманності під впливом інтенсивного ультрафіолетового випромінювання та зоряного вітру від надзвичайно масивних, гарячих, молодих зірок, розташованих у центрі міхура, над областю, показаної на цьому знімку.

Пекуче ультрафіолетове випромінювання молодих зірок формує стіну туманності, повільно руйнуючи її. Драматичні стовпи підносяться над сяйнистою стіною газу, опираючись цьому випромінюванню. "Пар", що підіймається від небесних "гір", насправді є гарячим, іонізованим газом і гарячим пилом, що виходять з туманності під дією невпинного випромінювання.

Вебб викриває нові зоряні розплідники та окремі зорі, які повністю приховані на знімках, зроблених у видимому світлі. Завдяки чутливості Вебба до інфрачервоного випромінювання він може проникати крізь космічний пил, щоб побачити ці об′єкти. Протозоряні джети, які чітко проглядаються на цьому знімку, вилітають з деяких молодих зірок. Наймолодші джерела виглядають як червоні крапки в темній, запиленій області хмари. Об′єкти на ранніх, швидких стадіях зореутворення важко відобразити, але надзвичайна чутливість, просторовий дозвіл і можливості візуалізації Вебба дозволяють вести хроніку цих невловних подій.

Ці спостереження NGC 3324 мають пролити світло на процес зореутворення. Народження зірок розмножується з часом, що спричиняється розширенням ерозійної порожнини. У міру просування яскравого іонізованого обода в туманності, він повільно проштовхує газ та пил. Якщо обід стикається з нестабільним матеріалом, підвищений тиск призводить до його колапсу та утворення нових зірок.

І навпаки, цей тип збурень може перешкоджати зореутворенню, оскільки матеріал, що сприяє утворенню зірок, розмивається. Тут дуже тонкий баланс між іскрою зореутворення та його зупинкою. Вебб розгляне деякі з найбільших відкритих питань сучасної астрофізики: Що визначає кількість зірок, які утворюються у певному регіоні? Чому зорі формуються з певною масою?

Вебб також розкриє вплив зореутворення на еволюцію гігантських хмар газу та пилу. Якщо вплив масивних зірок – зі своїми бурхливими вітрами й високою енергією – часто очевидний, то про вплив більш численних маломасивних зірок відомо менше. При своєму формуванні ці менші зорі створюють вузькі, протилежні джети, які видно на малюнку, які можуть впорскувати багато імпульсу та енергії. Це зменшує частку небулярного матеріалу, з якого народжуються нові зорі.

Дотепер вчені мали дуже мало даних про вплив безлічі молодих і більш енергійних зірок низької маси. За допомогою Вебба вони зможуть отримати повний перепис їхньої кількості та визначити вплив на всю туманність.

Туманність NGC 3324, розташована на відстані приблизно 7600 світлових років від нас, її зображення було отримано за допомогою Ближньо-інфрачервоної камери (NIRCam) та Середньо-інфрачервоного інструмента (MIRI) Вебба.

NIRCam – з її чіткою роздільною здатністю та безпрецедентною чутливістю – відкриває сотні раніше прихованих зірок і навіть численні фонові галактики.

У полі зору MIRI молоді зорі та їх пилові, планетоутворювальні диски, що яскраво світяться в середньому інфрачервоному діапазоні, виглядають рожевими та червоними. MIRI виявляє структури, вбудовані в пил, і розкриває зоряні джерела масивних джетів та відтоків. За допомогою MIRI гарячий пил, вуглеводні та інші хімічні сполуки на поверхні хребтів світяться, створюючи враження зазубрених скель.

NGC 3324 була вперше каталогізована Джеймсом Данлопом у 1826 році. Видима з Південної півкулі, вона розташована в північно-західному куті туманності Кіля (NGC 3372), що знаходиться в сузір′ї Кіля. Туманність Кіля є домівкою для туманності Ключова діра та активної, нестабільної надгігантської зірки Ета Кіля.

Квінтет Стефана

credit: NASA, ESA, CSA, and STScI

Фотографії більшої роздільної здатності на сайті телескопа Вебба

Квінтет Стефана, візуальне угруповання з п′яти галактик, найбільш відомий завдяки тому, що він часто фігурував у класичному святковому фільмі "Це дивовижне життя". Тепер космічний телескоп Джеймса Вебба показав Квінтет Стефана у новому світлі. Ця величезна мозаїка – найбільше зображення Вебба на сьогодні, яке охоплює приблизно п′яту частину діаметра Місяця. Воно містить понад 150 мільйонів пікселів і створене майже з 1 000 окремих файлів зображень. Інформація, отримана за допомогою Вебба, дає нове уявлення про те, як галактичні взаємодії могли визначати еволюцію галактик у ранньому Всесвіті.

Завдяки потужному інфрачервоному огляду та надзвичайно високому просторовому дозволу Вебб показує небачені раніше деталі у цій групі галактик. Зображення прикрашають скупчення мільйонів молодих зірок та області спалахів зореутворення, в яких народжуються нові зірки. З деяких галактик під дією гравітаційної взаємодії витягуються хвости з газу, пилу та зірок. Найбільш драматично те, що Вебб відобразив величезні ударні хвилі, коли одна з галактик, NGC 7318B, врізається в скупчення.

Разом п′ять галактик Квінтету Стефана також відомі як Хіксонова компактна група 92 (HCG 92). Хоча вони й називаються "квінтетом", тільки чотири галактики насправді знаходяться близько одна до одної й беруть участь у космічному танці. П′ята та ліва галактика, звана NGC 7320, знаходиться далеко на передньому плані в порівнянні з рештою чотирма. NGC 7320 знаходиться на відстані 40 мільйонів світлових років від Землі, тоді як інші чотири галактики (NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B та NGC 7319) знаходяться на відстані близько 290 мільйонів світлових років. Це все ще досить близько за космічними мірками порівняно з більш далекими галактиками, віддаленими на мільярди світлових років. Вивчення таких відносно близьких галактик, як ці, допомагає вченим краще зрозуміти структури, які спостерігаються в набагато дальшому Всесвіті.

Така близькість дає астрономам можливість спостерігати за злиттям та взаємодією галактик, які такі важливі для всієї еволюції галактик. Рідко вченим вдається побачити в таких подробицях, як галактики, що взаємодіють, провокують зореутворення одна в одній, та як відбувається збурення газу в цих галактиках. Квінтет Стефана – фантастична "лабораторія" вивчення цих процесів, фундаментальних для всіх галактик.

Такі тісні групи, як ця, можливо були більш поширені в ранньому Всесвіті, коли їх перегрітий матеріал міг падати та бути паливом для дуже енергійних чорних дір, званих квазарами. Навіть сьогодні у верхній галактиці групи – NGC 7319 – знаходиться активне галактичне ядро, надмасивна чорна діра, маса якої у 24 мільйони разів перевищує масу Сонця. Вона активно втягує матеріал і випромінює світлову енергію, еквівалентну 40 мільярдам Сонців.

Вебб докладно вивчив активне галактичне ядро ​​за допомогою Ближньо-інфрачервоного спектрографа (NIRSpec) та Середньо-інфрачервоного інструмента (MIRI). Інтегральні польові блоки (IFU) цих приладів, що є комбінацією камери й спектрографа, надали команді Вебба "куб даних", або колекцію зображень спектральних особливостей галактичного ядра.

Подібно до медичної магнітно-резонансної томографії (МРТ), IFU дозволяють вченим "нарізати інформацію" на безліч зображень для детального вивчення. Вебб пробився крізь пелену пилу, що оточує ядро, щоб виявити гарячий газ поблизу активної чорної діри та виміряти швидкість яскравих відтоків. Телескоп побачив ці відтоки, рухомі чорною дірою, з небаченим раніше рівнем деталізації.

У NGC 7320, найлівішій та найближчій галактиці у візуальній групі, Вебб зміг розглянути окремі зорі та навіть яскраве ядро ​​галактики.

Як бонус Вебб показав величезне море з тисяч далеких фонових галактик, що нагадує Глибокі поля Хаббла.

У поєднанні з докладним інфрачервоним зображенням Квінтету Стефана, отриманим за допомогою MIRI та Ближньо-інфрачервоної камери (NIRCam), дані Вебба дадуть багато нової цінної інформації. Наприклад, вони допоможуть вченим зрозуміти, з якою швидкістю харчуються та зростають надмасивні чорні діри. Крім того, Вебб бачить регіони зореутворення набагато безпосередньо, і він здатний досліджувати емісію пилу – рівень деталізації, який неможливо було отримати досі.

Квінтет Стефана, розташований у сузір′ї Пегаса, було відкрито французьким астрономом Едуардом Стефаном у 1877 році.

Туманність Південне Кільце

credit: NASA, ESA, CSA, and STScI

Фотографії більшої роздільної здатності на сайті телескопа Вебба

Деякі зорі зберігають найкраще наостанок.

Тьмяніша (друга) зоря в центрі цієї сцени протягом тисяч років випускала кільця газу та пилу у всіх напрямках, і космічний телескоп Джеймса Вебба вперше показав, що ця зоря прихована за пилом.

Дві камери на борту Вебба зробили останнє зображення цієї планетарної туманності, занесеної до каталогу як NGC 3132 і неофіційно відомої як туманність Південне Кільце. Вона знаходиться на відстані приблизно 2500 світлових років від нас.

Вебб дозволить астрономам дізнатися більше про планетарні туманності, подібні до цієї – хмар газу й пилу, що вивергаються зорями при їх смерті. Розуміння того, які молекули присутні та де вони знаходяться в оболонках з газу й пилу, допоможе дослідникам удосконалити свої знання про ці об′єкти.

У цьому спостереженні туманність Південне Кільце показана майже лицевою стороною, але якби ми могли повернути її, щоб розглянути з краю, її тривимірна форма більше нагадувала б дві чаші, розміщені дном до дна, розкриваючись у напрямках одна від одної та з великою дірою в центрі між ними.

Дві зорі, замкнені на тісній орбіті, задають місцевий ландшафт. На інфрачервоних знімках Вебба видно нові деталі цієї складної системи. Зорі - та їх світлові шари - виділяються на зображенні зліва, отриманому за допомогою Ближньо-інфрачервоної камери (NIRCam) Вебба, а зображення праворуч, отримане за допомогою Середньо-інфрачервоного інструмента (MIRI) Вебба, вперше показує, що друга зоря оточена пилом. Яскравіша зоря знаходиться на ранній стадії своєї зоряної еволюції та, ймовірно, в майбутньому відкине свою власну планетарну туманність.

Поки ж яскравіша зоря впливає на зовнішній вигляд туманності. У той час, як пара продовжує обертатися одна навколо іншої, вони "перемішують" газ і пил, створюючи асиметричні візерунки.

Кожна оболонка являє собою епізод, коли слабша зоря втратила частину своєї маси. Найширші газові оболонки у зовнішніх областях зображення було викинуто раніше. Найближчі до зірки – останні. Відстеження цих викидів дозволяє дослідникам зазирнути в історію системи.

Спостереження, проведені NIRCam, також показують надзвичайно тонкі промені світла навколо планетарної туманності. Світло від центральних зірок проникає туди, де є дірки в газі та пилу – як сонячне світло крізь щілини у хмарі.

Оскільки планетарні туманності існують десятки тисяч років, спостереження за туманністю нагадує перегляд фільму у винятково уповільненій зйомці. Кожна оболонка, яку викидає зоря, дає дослідникам можливість точно виміряти кількість газу та пилу, які є в ній.

У міру того, як зоря викидає оболонки матеріалу, усередині них утворюються пил та молекули, змінюючи ландшафт навіть тоді, коли зоря продовжує викидати матеріал. Цей пил зрештою збагачує навколишні області, перетворюючись на так зване міжзоряне середовище. А оскільки цей пил дуже довговічний, він може подорожувати космосом мільярди років і стати частиною нової зірки або планети.

Через тисячі років ці тонкі шари газу та пилу розсіються в навколишньому просторі.

Викриття атмосфери екзопланети WASP-96 b

credit: NASA, ESA, CSA, and STScI

Фотографії більшої роздільної здатності на сайті телескопа Вебба

Космічний телескоп Джеймса Вебба зафіксував виразну сигнатуру води, а також ознаки хмар і серпанків в атмосфері, що оточує гарячу, пухку газову планету-гігант, що обертається навколо далекої сонцеподібної зірки.

Спостереження, яке виявляє присутність певних газових молекул, ґрунтуючись на крихітних зменшеннях яскравості точних кольорів світла, є найдетальнішим на сьогодні, демонструючи безпрецедентну здатність Вебба аналізувати атмосфери на відстані сотень світлових років.

Хоча космічний телескоп Хаббла за останні два десятиліття проаналізував безліч атмосфер екзопланет, вперше виявивши воду у 2013 році, безпосередніше та детальніше спостереження Вебба знаменує собою гігантський стрибок уперед у пошуках характеристик потенційно придатних для життя планет за межами Землі.

WASP-96 b – одна з більш ніж 5 000 підтверджених екзопланет у Чумацькому Шляху. Розташована на відстані приблизно 1 150 світлових років від нас у південній частині сузір′я Фенікса, вона є типом газового гіганта, що не має прямого аналога в нашій Сонячній системі. Маючи масу менше половини маси Юпітера та діаметр у 1,2 раза більше, WASP-96 b набагато пухліша за будь–яку планету, що обертається навколо нашого Сонця. А з температурою, що перевищує 537°C, вона значно гарячіша. WASP-96 b обертається по орбіті дуже близько до своєї сонцеподібної зірки, всього на одній дев′ятій відстані між Меркурієм і Сонцем, здійснюючи один оберт кожні 3,5 земної доби.

Поєднання великого розміру, короткого орбітального періоду, пухкої атмосфери та відсутності забруднювального світла від прилеглих об′єктів на небі робить WASP-96 b ідеальною метою для атмосферних спостережень.

21 червня спектрограф Вебба, що працює в ближній інфрачервоній області (NIRISS), вимірював світло від системи WASP-96 протягом 6,4 години, поки планета рухалася повз зірку. В результаті була отримана крива блиску, що показує загальне послаблення світла зірки під час транзиту, і спектр пропускання, що показує зміну яскравості окремих довжин інфрачервоних хвиль в діапазоні від 0,6 до 2,8 мікрона.

У той час як крива блиску підтверджує властивості планети, які вже були визначені з інших спостережень – існування, розмір та орбіту планети – спектр пропускання розкриває раніше приховані деталі атмосфери: однозначна сигнатура води, ознаки серпанку та свідчення наявності хмар, які, як вважалося на підставі попередніх спостережень, не існують.

Спектр пропускання створюється шляхом порівняння зоряного світла, відфільтрованого через атмосферу планети під час руху повз зірку, з нефільтрованим зоряним світлом, виявленим, коли планета знаходиться поряд із зіркою. Дослідники можуть виявити та виміряти вміст основних газів в атмосфері планети на основі шаблонів поглинання – розташування та висоти піків на графіку. Подібно до того, як люди мають характерні відбитки пальців та послідовності ДНК, атоми та молекули мають характерні шаблони довжин хвиль, які вони поглинають.

Спектр WASP-96 b, знятий NIRISS, є не лише найдокладнішим на сьогодні спектром атмосфери екзопланети в ближньому інфрачервоному діапазоні, але й охоплює напрочуд широкий діапазон довжин хвиль, включаючи видиме червоне світло і ту частину спектра, яка раніше не була доступна іншим телескопам. (Довжини хвиль більш як 1,6 мікрона). Ця частина спектра особливо чутлива до води, а також інших ключових молекул, таких як кисень, метан і вуглекислий газ, які безпосередньо не помітні в спектрі WASP-96b, але які мають бути виявлені на інших екзопланетах, запланованих для спостереження Веббом.

Дослідники зможуть використовувати спектр для вимірювання кількості водяної пари в атмосфері, визначення вмісту різних елементів, таких як вуглець та кисень, та оцінки температури атмосфери з глибиною. Потім вони зможуть використовувати цю інформацію, щоб зробити висновки про загальний склад планети, а також про те, як, коли та де вона сформувалася. Синя лінія на графіку – це найкраща модель, яка враховує дані, відомі властивості WASP-96 b та її зірки (наприклад, розмір, масу, температуру), а також передбачувані характеристики атмосфери.

Виняткова детальність та чіткість цих вимірювань стала можливою завдяки найсучаснішій конструкції Вебба. Його дзеркало діаметром 6,5 метра із золотим покриттям ефективно збирає інфрачервоне світло. Його прецизійні спектрографи розподіляють світло на веселку з тисяч інфрачервоних кольорів. А його чутливі інфрачервоні детектори вимірюють надзвичайно тонкі відмінності у яскравості. NIRISS здатний виявити різницю в кольорі всього в одну тисячну мікрона (різниця між зеленим і жовтим становить близько 50 мікронів), а різницю в яскравості між цими кольорами – кілька сотень частин на мільйон.

Крім того, виняткова стабільність Вебба та його орбітальне розташування навколо точки Лагранжа 2 на відстані близько мільйона миль від забруднювального впливу земної атмосфери забезпечує безперервний огляд та чисті дані, які можуть бути проаналізовані відносно швидко.

Надзвичайно докладний спектр, отриманий шляхом одночасного аналізу 280 окремих спектрів, знятих під час спостереження, дає лише натяк на те, що Вебб може запропонувати для вивчення екзопланет. У найближчий рік дослідники використовуватимуть спектроскопію для аналізу поверхонь та атмосфер кількох десятків екзопланет, від невеликих кам′янистих планет до газових та крижаних гігантів. Майже чверть наглядового часу першого циклу Вебба відведено на вивчення екзопланет та матеріалів, що їх формують.

Це спостереження NIRISS демонструє, що Вебб має можливості для детального вивчення атмосфер екзопланет, у тому числі потенційно придатних для життя планет.

SMACS 0723

credit: NASA, ESA, CSA, and STScI

Фотографії більшої роздільної здатності на сайті телескопа Вебба

Космічний телескоп Джеймса Вебба передав найглибше й найточніше інфрачервоне зображення далекого Всесвіту на сьогодні. Перше глибоке поле Вебба – галактичне скупчення SMACS 0723, яке рясніє тисячами галактик, включаючи найтьмяніші об′єкти, що коли–небудь спостерігалися в інфрачервоному діапазоні.

Зображення, отримане Веббом, розміром приблизно з піщинку, яку тримають на відстані витягнутої руки, – крихітний шматочок величезного Всесвіту. Об′єднана маса цього скупчення галактик діє як гравітаційна лінза, збільшуючи віддаленіші галактики, у тому числі й ті, які були помічені, коли вік Всесвіту становив менше мільярда років. Це глибоке поле, отримане Ближньо-інфрачервоною камерою (NIRCam) Вебба, являє собою композит зі знімків з різними довжинами хвиль загальною тривалістю 12,5 годин – досягнення глибини в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль за межами найглибших полів космічного телескопа Хаббла, на які були потрібні тижні. І це лише початок. Дослідники продовжать використовувати Вебб для більш тривалих експозицій, відкриваючи нові грані нашого величезного Всесвіту.

На цьому знімку показано галактичне скупчення SMACS 0723, яким воно було 4,6 мільярда років тому, з безліччю інших галактик перед та за скупченням. Багато іншого про це скупчення стане відомо, коли дослідники почнуть копатися в даних Вебба. Зображення цього поля було отримано за допомогою приладу MIRI, який спостерігає в середньому інфрачервоному світлі.

NIRCam Вебба дозволив чітко сфокусувати далекі галактики – у них є крихітні, слабкі структури, які ніколи не були видно раніше, включаючи зоряні скупчення та дифузні особливості.

Світлу від цих галактик знадобилися мільярди років, щоб досягти нас. Розглядаючи наймолодші галактики у цьому полі, ми заглядаємо у минуле, приблизно на мільярд років після Великого вибуху. Світло було розтягнуте розширенням Всесвіту до інфрачервоних довжин хвиль, для спостереження яких і було створено Вебб. Дослідники скоро почнуть дізнаватися більше про масу, вік, історію та склад галактик.

Серед інших особливостей – помітні дуги у цьому полі. Потужне гравітаційне поле галактичного скупчення може вигинати промені світла від більш віддалених галактик, розташованих позаду нього, подібно до того, як збільшувальне скло згинає та спотворює зображення. Зорі також зображені з помітними дифракційними піками, оскільки вони здаються яскравішими на коротких довжинах хвиль.

MIRI Вебба пропонує калейдоскоп кольорів і підкреслює, де знаходиться пил – основний інгредієнт для утворення зірок і, зрештою, самого життя. Сині галактики містять зорі, але дуже мало пилу. Червоні об′єкти в цьому полі оповиті товстим шаром пилу. Зелені галактики заселені вуглеводнями та іншими хімічними сполуками. Дослідники зможуть використовувати такі дані, щоб зрозуміти, як галактики формуються, зростають і зливаються одна з одною, а в деяких випадках – чому вони взагалі перестають утворювати зорі.

Крім отримання зображень, два прилади Вебба також отримали спектри – дані, що розкривають фізичні та хімічні властивості об′єктів, які допоможуть дослідникам виявити ще багато деталей про далекі галактики в цьому полі. Мікрозатвор Ближньо-інфрачервоного спектрографа (NIRSpec) Вебба одночасно спостерігав 48 окремих галактик – нова технологія, вперше застосована в космосі, – і отримав повний набір подробиць про кожну з них. Дані показали, що світло від однієї галактики пролетіло 13,1 мільярда років, перш ніж дзеркала Вебба вловили його. Дані NIRSpec також демонструють, наскільки докладними будуть спектри галактик під час спостережень Вебба.

Нарешті, в спектрографі Вебба Близько-інфрачервоний візуалізатор і безщілинний спектрограф (NIRISS) використовувалася широкопольна безщелева спектроскопія для отримання спектрів відразу всіх об′єктів у всьому полі зору. Серед результатів виявилось, що одна з галактик має дзеркальне відображення.

SMACS 0723 можна спостерігати поблизу сузір′я Летюча Риба на південному небі.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• телескоп Вебба