Опубликованы первые изображения и спектры от телескопа Уэбба

НАСА представило сделанные космическим телескопом Джеймса Уэбба самые четкие изображения и спектры пяти объектов: туманность Киля, Квинтет Стефана, туманность Южное Кольцо, экзопланета WASP-96 b и галактическое скопление SMACS 0723.

Как рассказали в НАСА, началась новая эра в астрономии, когда мир впервые увидел все возможности космического телескопа имени Джеймса Уэбба, созданного американским аэрокосмическим агентством в партнерстве с ЕКА (Европейское космическое агентство) и ККА (Канадское космическое агентство).

Первые полноцветные изображения и спектроскопические данные телескопа были опубликованы во время телевизионной трансляции во вторник, 12 июля 2022 года, в 17.30 по киевскому времени из Центра космических полетов НАСА имени Годдарда в Гринбелте, штат Мериленд.

Нижеследующие цели представляют собой первую волну полноцветных научных изображений и спектров, собранных обсерваторией, и официальное начало общих научных операций "Уэбба". Они были отобраны международным комитетом из представителей НАСА, ЭКА, ККА и Научного института космического телескопа.

Эти первые изображения от самого большого и мощного в мире космического телескопа демонстрируют мощь Уэбба, готового начать свою миссию с открытия инфракрасной Вселенной.

Туманность Киля

credit: NASA, ESA, CSA, and STScI

Фотографии большего разрешения на сайте телескопа Вебба

Этот ландшафт с "горами" и "долинами", испещренный блестящими звездами, на самом деле является краем недалекой от нас молодой звездообразующей области NGC 3324 в туманности Киля. Снятое в инфракрасном свете новым космическим телескопом Джеймса Уэбба это изображение впервые показывает ранее невидимые области рождения звезд.

Хотя и называются Космическими скалами, кажущееся трехмерным изображение Уэбба выглядят как скалистые горы в лунный вечер. На самом деле это край гигантской газообразной полости внутри NGC 3324, а наивысшие пики на этом изображении имеют высоту около 7 световых лет. Богатая пещерами область была вырезана в туманности под влиянием интенсивного ультрафиолетового излучения и звездного ветра от чрезвычайно массивных, горячих, молодых звезд, расположенных в центре пузыря, над областью, показанной на этом снимке.

Жгучее ультрафиолетовое излучение молодых звезд формирует стену туманности, медленно разрушая её. Драматические столбы возвышаются над сияющей стеной газа, сопротивляясь этому излучению. "Пар", поднимающийся от небесных "гор", на самом деле является горячим, ионизированным газом и горячей пылью, исходящими из туманности под действием непрерывного излучения.

Вебб разоблачает новые звездные питомники и отдельные звезды, полностью скрытые на снимках, сделанных в видимом свете. Благодаря чувствительности Вебба к инфракрасному излучению он может проникать через космическую пыль, чтобы увидеть эти объекты. Протозвездные джеты, отчетливо просматриваемые на этом снимке, вылетают из некоторых молодых звезд. Самые молодые источники выглядят как красные точки в темной, запыленной области облака. Объекты на ранних, быстрых стадиях звездообразования трудно отобразить, но чрезвычайная чувствительность, пространственное разрешение и возможности визуализации Вебба позволяют вести хронику этих неуловимых событий.

Эти наблюдения NGC 3324 должны пролить свет на процесс звездообразования. Рождение звезд размножается со временем, что вызвано расширением эрозионной полости. По мере продвижения яркого ионизированного обода в туманности он медленно проталкивает газ и пыль. Если обод сталкивается с нестабильным материалом, повышенное давление приводит к его коллапсу и образованию новых звезд.

И наоборот, этот тип возмущений может препятствовать звездообразованию, поскольку материал, способствующий образованию звезд, размывается. Здесь очень тонкий баланс между искрой звездообразования и его остановкой. Вебб рассмотрит некоторые из самых открытых вопросов современной астрофизики: Что определяет количество звезд, образующихся в определенном регионе? Почему звезды формируются с определенной массой?

Вебб также раскроет влияние звездообразования на эволюцию гигантских облаков газа и пыли. Если влияние массивных звезд – со своими бурными ветрами и высокой энергией – часто очевидно, то о влиянии более многочисленных маломассивных звезд известно меньше. При своем формировании эти звезды создают узкие, противоположные джеты, видимые на изображении, которые могут впрыскивать много импульса и энергии. Это уменьшает долю небулярного материала, из которого рождаются новые звезды.

До этого ученые имели очень мало данных о влиянии множества молодых и более энергичных звезд низкой массы. С помощью Вебба они смогут получить полную перепись их количества и определить влияние на всю туманность.

Туманность NGC 3324, расположенная на расстоянии примерно 7600 световых лет, ее изображение было получено с помощью Ближне-инфракрасной камеры (NIRCam) и Средне-инфракрасного инструмента (MIRI) Вебба.

NIRCam – со своими четким разрешением и беспрецедентной чувствительностью – открывает сотни ранее скрытых звезд и даже многочисленные фоновые галактики.

В поле зрения MIRI молодые звезды и их пылевые планетообразующие диски, ярко светящиеся в среднем инфракрасном диапазоне, выглядят розовыми и красными. MIRI обнаруживает структуры, встроенные в пыль и раскрывает звездные источники массивных джетов и оттоков. С помощью MIRI горячая пыль, углеводороды и другие химические соединения на поверхности хребтов светятся, создавая впечатление зазубренных скал.

NGC 3324 была впервые каталогизирована Джеймсом Данлопом в 1826 году. Видимая из Южного полушария, она расположена в северо-западном углу туманности Киля (NGC 3372), находящегося в созвездии Киля. Туманность Киля является домом для туманности Ключевая дыра и активной, нестабильной сверхгигантской звезды Эта Киля.

Квинтет Стефана

credit: NASA, ESA, CSA, and STScI

Фотографии большего разрешения на сайте телескопа Вебба

Квинтет Стефана, визуальная группировка из пяти галактик, наиболее известен благодаря тому, что он часто фигурировал в классическом праздничном фильме "Эта удивительная жизнь". Теперь космический телескоп Джеймса Уэбба показал Квинтет Стефана в новом свете. Эта огромная мозаика – самое большое изображение Вебба на сегодняшний день, которое охватывает примерно пятую часть диаметра Луны. Оно содержит более 150 миллионов пикселей и создано почти из 1000 отдельных файлов изображений. Информация, полученная с помощью Уэбба, дает новое представление о том, как галактические взаимодействия могли определять эволюцию галактик в ранней Вселенной.

Благодаря мощному инфракрасному обзору и чрезвычайно высокому пространственному разрешению, Уэбб показывает невиданные ранее детали в этой группе галактик. Изображение украшают скопления миллионов молодых звезд и области вспышек звездообразования, в которых рождаются новые звезды. Из некоторых галактик под действием гравитационного взаимодействия вытягиваются хвосты из газа, пыли и звезд. Наиболее драматично то, что Уэбб запечатлел огромные ударные волны, когда одна из галактик, NGC 7318B, врезается в скопление.

Вместе пять галактик Квинтета Стефана также известны как Хиксоновая компактная группа 92 (HCG 92). Хотя они и называются "квинтетом", только четыре галактики действительно находятся рядом друг к другу и участвуют в космическом танце. Пятая и левая галактика, называемая NGC 7320, находится далеко на переднем плане по сравнению с остальными четырьмя. NGC 7320 находится на расстоянии 40 миллионов световых лет от Земли, в то время как остальные четыре галактики (NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B и NGC 7319) находятся на расстоянии около 290 миллионов световых лет. Это все еще достаточно близко по космическим меркам по сравнению с более далекими галактиками, удаленными на миллиарды световых лет. Изучение таких относительно близких галактик, как эти, помогает ученым лучше понять структуры, наблюдающиеся в гораздо более далекой Вселенной.

Такая близость дает астрономам возможность наблюдать за слиянием и взаимодействием галактик, которые так важны для всей эволюции галактик. Редко ученым удается увидеть в таких подробностях, как взаимодействующие галактики провоцируют звездообразование друг в друге, и как происходит возмущение газа в этих галактиках. Квинтет Стефана – фантастическая лаборатория изучения этих процессов, фундаментальных для всех галактик.

Такие тесные группы, как эта, возможно более распространены в ранней Вселенной, когда их перегретый материал мог падать и быть топливом для очень энергичных черных дыр, называемых квазарами. Даже сегодня в верхней галактике группы – NGC 7319 – находится активное галактическое ядро, сверхмассивная черная дыра, масса которой в 24 миллиона раз превышает массу Солнца. Она активно втягивает материал и излучает световую энергию, эквивалентную 40 миллиардам Солнцев.

Уэбб подробно изучил активное галактическое ядро ​​с помощью Ближнеинфракрасного спектрографа (NIRSpec) и Среднеинфракрасного инструмента (MIRI). Интегральные полевые блоки (IFU) этих приборов, являющиеся комбинацией камеры и спектрографа, предоставили команде Уэбба "куб данных" или коллекцию изображений спектральных особенностей галактического ядра.

Подобно медицинской магнитно-резонансной томографии (МРТ), IFU позволяют ученым "нарезать информацию" на множество изображений для детального изучения. Уэбб пробился сквозь пеленную пыль, окружающую ядро, чтобы обнаружить горячий газ вблизи активной черной дыры и измерить скорость ярких оттоков. Телескоп увидел эти оттоки, приводящиеся в движение черной дырой, с невиданным ранее уровнем детализации.

В NGC 7320, самой левой и ближайшей галактике в визуальной группе, Уэбб смог рассмотреть отдельные звезды и даже яркое ядро ​​галактики.

В качестве бонуса Уэбб показал огромное море из тысяч далеких фоновых галактик, напоминающее Глубокие поля Хаббла.

В сочетании с подробным инфракрасным изображением Квинтета Стефана, полученным с помощью MIRI и Ближнеинфракрасной камеры (NIRCam), данные Уэбба дадут много новой ценной информации. К примеру, они помогут ученым понять, с какой скоростью питаются и растут сверхмассивные черные дыры. Кроме того, Уэбб видит регионы звездообразования намного непосредственно, и он способен исследовать эмиссию пыли – уровень детализации, который невозможно было получить до сих пор.

Квинтет Стефана, расположенный в созвездии Пегаса, был открыт французским астрономом Эдуардом Стефаном в 1877 году.

Туманность Южное Кольцо

credit: NASA, ESA, CSA, and STScI

Фотографии большего разрешения на сайте телескопа Вебба

Некоторые звезды сохраняют лучшее напоследок.

Более тусклая (вторая) звезда в центре этой сцены на протяжении тысяч лет выпускала кольца газа и пыли по всем направлениям, и космический телескоп Джеймса Уэбба впервые показал, что эта звезда скрыта за пылью.

Две камеры на борту Уэбба сделали последнее изображение этой планетарной туманности, занесенной в каталог как NGC 3132 и неофициально известной как туманность Южное Кольцо. Она находится на расстоянии примерно 2500 световых лет от нас.

Вебб позволит астрономам узнать больше о планетарных туманностях, подобных этой – облакам газа и пыли, извергаемых звездами при их смерти. Понимание того, какие молекулы присутствуют и где они находятся в оболочках из газа и пыли, поможет исследователям усовершенствовать свои знания об этих объектах.

В этом наблюдении туманность Южное Кольцо показана почти лицевой стороной, но если бы мы могли повернуть ее, чтобы рассмотреть с края, ее трехмерная форма больше напоминала бы две чаши, расположенные дном ко дну, раскрываясь в направлениях друг от друга и с большой дырой в центре между ими.

Две звезды, запертые на тесной орбите, задают местный ландшафт. На инфракрасных снимках Уэбба видны новые детали этой сложной системы. Звезды – и их световые слои – выделяются на изображении слева, полученном с помощью Ближнеинфракрасной камеры (NIRCam) Уэбба, а изображение справа, полученное с помощью Среднеинфракрасного инструмента (MIRI) Уэбба, впервые показывает, что вторая звезда окружена пылью. Более яркая звезда находится на ранней стадии своей звездной эволюции и, вероятно, в будущем отвергнет свою собственную планетарную туманность.

Пока самая яркая звезда влияет на внешний вид туманности. В то время, как пара продолжает вращаться по орбите одна вокруг другой, они "перемешивают" газ и пыль, создавая асимметричные узоры.

Каждая оболочка представляет собой эпизод, когда более слабая звезда потеряла часть своей массы. Широкие газовые оболочки во внешних областях изображения были выброшены ранее. Ближайшие к звезде – последние. Отслеживание этих выбросов позволяет исследователям заглянуть в историю системы.

Наблюдения, проведенные NIRCam, также показывают очень тонкие лучи света вокруг планетарной туманности. Свет от центральных звезд проникает туда, где есть дыры в газе и пыли – как солнечный свет сквозь щели в облаке.

Поскольку планетарные туманности существуют десятки тысяч лет, наблюдение за туманностью напоминает просмотр фильма в замедленной съемке. Каждая оболочка, которую выбрасывает звезда, дает исследователям возможность точно измерить количество газа и пыли, которые находятся в ней.

По мере того как звезда выбрасывает оболочки материала, внутри них образуются пыль и молекулы, изменяя ландшафт даже тогда, когда звезда продолжает выбрасывать материал. Эта пыль в конечном итоге обогащает окружающие области, превращаясь в так называемую межзвездную среду. А поскольку эта пыль очень долговечна, она может путешествовать по космосу миллиарды лет и стать частью новой звезды или планеты.

Спустя тысячи лет эти тонкие слои газа и пыли рассеяются в окружающем пространстве.

Разоблачение атмосферы экзопланеты WASP-96 b

credit: NASA, ESA, CSA, and STScI

Фотографии большего разрешения на сайте телескопа Вебба

Космический телескоп Джеймса Уэбба зафиксировал выразительную сигнатуру воды, а также признаки облаков и дымку в атмосфере, окружающей горячую, пухлую газовую планету-гигант, вращающуюся вокруг далекой солнцеподобной звезды.

Наблюдение, которое выявляет присутствие определенных газовых молекул, основываясь на крошечных уменьшениях яркости точных цветов света, является наиболее подробным на сегодняшний день, демонстрируя беспрецедентную способность Уэбба анализировать атмосферы на расстоянии сотен световых лет.

Хотя космический телескоп Хаббла за последние два десятилетия проанализировал множество атмосфер экзопланет, впервые обнаружив воду в 2013 году, более непосредственное и подробное наблюдение Уэбба знаменует собой гигантский скачок вперед в поисках характеристик потенциально пригодных для жизни планет за пределами Земли.

WASP-96 b – одна из более чем 5 000 подтвержденных экзопланет в Млечном Пути. Расположенная на расстоянии примерно 1150 световых лет от нас в южной части созвездия Феникса, она является типом газового гиганта, не имеющего прямого аналога в нашей Солнечной системе. Имея массу менее половины массы Юпитера и диаметр в 1,2 раза больше, WASP-96 b гораздо пухлее любой планеты, вращающейся вокруг нашего Солнца. А с температурой, превышающей 537°C, она значительно горячее. WASP-96 b вращается по орбите очень близко к своей солнцеподобной звезде, всего на одном девятом расстоянии между Меркурием и Солнцем, совершая один оборот каждые 3,5 земных суток.

Сочетание большого размера, короткого орбитального периода, пухлой атмосферы и отсутствие загрязняющего света от близлежащих объектов в небе делает WASP-96 b идеальной целью для атмосферных наблюдений.

21 июня спектрограф Уэбба, работающий в ближней инфракрасной области (NIRISS), измерял свет от системы WASP-96 в течение 6,4 часов, пока планета двигалась мимо звезды. В результате была получена кривая блеска, показывающая общее ослабление света звезды во время транзита и спектр пропускания, показывающий изменение яркости отдельных длин инфракрасных волн в диапазоне от 0,6 до 2,8 микрона.

В то время как кривая блеска подтверждает свойства планеты, которые уже были определены из других наблюдений – существование, размер и орбиту планеты – спектр пропускания раскрывает ранее скрытые детали атмосферы: однозначная сигнатура воды, признаки дымки и свидетельства наличия облаков, которые, как считалось на основании предварительных наблюдений, не существуют.

Спектр пропускания создается путем сравнения звездного света, отфильтрованного через атмосферу планеты при движении мимо звезды, с нефильтрованным звездным светом, обнаруженным, когда планета находится рядом со звездой. Исследователи могут обнаружить и измерить содержание основных газов в атмосфере планеты на основе шаблонов поглощения – расположения и высоты пиков на графике. Подобно тому, как люди имеют характерные отпечатки пальцев и последовательности ДНК, атомы и молекулы имеют характерные шаблоны длин волн, которые они поглощают.

Спектр WASP-96 b, снятый NIRISS, является не только самым подробным на сегодняшний день спектром атмосферы экзопланеты в ближнем инфракрасном диапазоне, но и охватывает удивительно широкий диапазон длин волн, включая видимый красный свет и ту часть спектра, которая раньше не была доступна другим телескопам (длины волн более 1,6 микрона). Эта часть спектра особенно чувствительна к воде, а также другим ключевым молекулам, таким как кислород, метан и углекислый газ, которые непосредственно не заметны в спектре WASP-96b, но должны быть обнаружены на других экзопланетах, запланированных для наблюдения Уэббом.

Исследователи смогут использовать спектр для измерения количества водяных паров в атмосфере, определения содержания различных элементов, таких как углерод и кислород, и оценки температуры атмосферы с глубиной. Затем они смогут использовать эту информацию, чтобы сделать выводы об общем составе планеты, а также о том, как, когда и где она сформировалась. Синяя линия на графике – лучшая модель, которая учитывает данные, известные свойства WASP-96 b и ее звезды (например, размер, массу, температуру), а также предполагаемые характеристики атмосферы.

Исключительная подробность и четкость этих измерений стала возможной благодаря современной конструкции Уэбба. Его зеркало диаметром 6,5 метра с золотым покрытием эффективно собирает инфракрасный свет. Его прецизионные спектрографы распределяют свет на радугу из тысяч инфракрасных цветов. А его чувствительные инфракрасные сенсоры измеряют очень тонкие отличия в яркости. NIRISS способен обнаружить разницу в цвете всего в одну тысячную микрона (разница между зеленым и желтым составляет около 50 микрон), а разницу в яркости между этими цветами – несколько сотен частей на миллион.

Кроме того, исключительная стабильность Уэбба и его орбитальное расположение вокруг точки Лагранжа 2 на расстоянии около миллиона миль от загрязняющего воздействия земной атмосферы обеспечивает непрерывный обзор и чистые данные, которые могут быть проанализированы относительно быстро.

Чрезвычайно подробный спектр, полученный путем одновременного анализа 280 отдельных спектров, снятых при наблюдении, дает лишь намек на то, что Уэбб может предложить для изучения экзопланет. В ближайший год исследователи будут использовать спектроскопию для анализа поверхностей и атмосфер нескольких десятков экзопланет, от небольших каменистых планет до газовых и ледяных гигантов. Почти четверть времени первого цикла Вебба отведено на изучение экзопланет и формирующих их материалов.

Это наблюдение NIRISS демонстрирует, что Уэбб имеет возможности для детального изучения атмосфер экзопланет, в том числе потенциально пригодных для жизни планет.

SMACS 0723

credit: NASA, ESA, CSA, and STScI

Фотографии большего разрешения на сайте телескопа Вебба

Космический телескоп Джеймса Уэбба передал самое глубокое и точное инфракрасное изображение далекой Вселенной на сегодняшний день. Первое глубокое поле Вебба – галактическое скопление SMACS 0723, изобилующее тысячами галактик, включая самые тусклые объекты, когда-либо наблюдавшиеся в инфракрасном диапазоне.

Изображение, полученное Уэббом, размером примерно с песчинку, которую держат на расстоянии вытянутой руки, – крошечный кусочек огромной Вселенной. Объединенная масса этого скопления галактик действует как гравитационная линза, увеличивая более отдаленные галактики, в том числе и те, которые были замечены, когда возраст Вселенной составлял менее миллиарда лет. Это глубокое поле, полученное Ближне-инфракрасной камерой (NIRCam) Вебба, представляет собой композит из снимков с разными длинами волн общей продолжительностью 12,5 часов – достижение глубины в инфракрасном диапазоне длин волн за пределами самых глубоких полей космического телескопа Хаббла, на которые понадобились недели. И это только начало. Исследователи продолжат использовать Уэбб для более длительных экспозиций, открывая новые грани нашей огромной Вселенной.

На этом снимке показано галактическое скопление SMACS 0723, каким оно было 4,6 миллиарда лет назад, с множеством других галактик перед и за скоплением. Многое другое об этом скоплении станет известно, когда исследователи начнут копаться в данных Уэбба. Изображение этого поля было получено с помощью прибора MIRI, наблюдающего в среднем инфракрасном свете.

NIRCam Уэбба позволил четко сфокусировать далекие галактики – у них есть крохотные, слабые структуры, которые никогда не были видны раньше, включая звездные скопления и диффузные особенности.

Свету от этих галактик понадобилась миллиардам лет, чтобы достичь нас. Рассматривая самые молодые галактики в этом поле, мы заглядываем в прошлое примерно на миллиард лет после Большого взрыва. Свет был растянут расширением Вселенной до инфракрасных длин волн, для наблюдения которых и был создан Уэбб. Исследователи скоро начнут узнавать больше о массе, возрасте, истории и составе галактик.

Среди других особенностей – заметные дуги в этом поле. Мощное гравитационное поле галактического скопления может изгибать лучи света от более удаленных галактик, расположенных позади него, подобно тому, как увеличительное стекло изгибает и искажает изображение. Звезды также изображены с заметными дифракционными пиками, поскольку они кажутся более яркими на коротких длинах волн.

MIRI Вебба предлагает калейдоскоп цветов и подчеркивает, где находится пыль – основной ингредиент для образования звезд и, наконец, самой жизни. Синие галактики содержат звезды, но очень мало пыли. Красные объекты в этом поле окутаны толстым слоем пыли. Зеленые галактики заселены углеводородами и химическими соединениями. Исследователи смогут использовать такие данные, чтобы понять, как галактики формируются, растут и сливаются друг с другом, а в некоторых случаях почему они вообще перестают образовывать звезды.

Кроме получения изображений, два прибора Уэбба также получили спектры – данные, раскрывающие физические и химические свойства объектов, которые помогут исследователям обнаружить еще много деталей о далеких галактиках в этом поле. Микрозатвор Ближнеинфракрасного спектрографа (NIRSpec) Вебба одновременно наблюдал 48 отдельных галактик – новая технология, впервые примененная в космосе, – и получил полный набор подробностей о каждой из них. Данные показали, что свет от одной галактики пролетел 13,1 миллиарда лет, прежде чем зеркала Уэбба уловили его. Данные NIRSpec также показывают, какими подробными будут диапазоны галактик во время наблюдений Уэбба.

Наконец, в спектрографе Вебба Близкоинфракрасный визуализатор и бесщелевой спектрограф (NIRISS) использовалась широкопольная бесщелевая спектроскопия для получения спектров сразу всех объектов во всем поле зрения. Среди результатов оказалось, что одна из галактик имеет зеркальное отражение.

SMACS 0723 можно наблюдать вблизи созвездия Летучая Рыба на южном небе.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.