25 грудня 2021 року зі стартового майданчика Гвіанського космічного центру стартувала ракета Ariane 5. Носій ніс під обтічником дуже цінний вантаж – космічний телескоп ім. Джеймса Вебба (JWST), який обіцяє відкрити нову еру в спостережній астрономії.
Інфрачервона обсерваторія, оснащена 6,5-метровим дзеркалом та чотирма науковими інструментами, вирушила у подорож до другої точки Лагранжа системи Сонце-Земля. За більш ніж півроку ми можемо бачити перші результати її роботи: їх було представлено 12 липня, а присвячений публікації знімків захід ми дивилися в записі на каналі Альфа Центавра.
Погляньмо на те, що зміг зняти новий космічний телескоп.
NGC 3324
Зображення: NASA | ESA | CSA | STScI
Одним з об’єктів, на який звернув свою увагу JWST, стала область зіркоутворення NGC 3324. Вона була відкрита в 1826 британським астрономом Джеймсом Данлопом і є частиною туманності Кіля, яка знаходиться в однойменному сузір’ї Південного неба. NGC 3324 є емісійною туманністю, розташованою на відстані 7600 світлових років від Землі.
JWST вів спостереження за нею за допомогою двох інструментів: камери ближнього інфрачервоного діапазону NIRCam та приладу для роботи в середньому інфрачервоному діапазоні MIRI. Перший забезпечив чудову чіткість зображення, а другий – побачити молоді зірки на ранніх стадіях формування.
Спостереження NGC 3324 дозволять астрономам краще зрозуміти як сам процес зіркоутворення, так і його вплив на еволюцію гігантських газопилових хмар.
Квінтет Стефана
Зображення: NASA | ESA | CSA | STScI
Зображення, яке ви бачите вище, складається майже з тисячі окремих знімків. Це Квінтет Стефана – група з п’яти близьких галактик, яку можна спостерігати в сузір’ї Пегаса. Вона була відкрита французьким астрономом Едуаром Стефаном у 1877 році.
Незважаючи на назву, насправді лише чотири галактики Квінтету складають групу – NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B та NGC 7319. Вони розташовані за 290 мільйонів світлових років від Землі. Галактика NGC 7320 знаходиться набагато ближче до нас – відстань до неї складає 40 мільйонів світлових років.
Спостереження за Квінтетом проводилися за допомогою приладу MIRI та спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону NIRSpec. З їхньою допомогою JWST відкрив у цій групі галактик раніше небачені деталі: у NGC 7320 телескоп зміг розглянути навіть окремі зірки. Спостереження Квінтета Стефана дозволять вченим краще вивчити хід взаємодії галактик, процеси зіркоутворення та зростання надмасивних чорних дірок.
NGC 3132
Зображення: NASA | ESA | CSA | STScI
Планетарні туманності є результатом еволюції зірок: вони з’являються із зовнішніх оболонок, скинутих червоними гігантами. Один такий об’єкт знаходиться на відстані 2500 світлових років від Землі в сузір’ї Вітрила.
Це планетарна туманність NGC 3132, також відома як Південне кільце. JWST спостерігав її за допомогою інструментів MIRI і NIRCam: телескоп детально відобразив структуру туманності, а також розглянув у її центрі раніше невидиму зірку, приховану щільною хмарою пилу. Примітно, що більшість різнокольорових точок на тлі Південного кільця – це не зірки, а далекі галактики.
Спектр атмосфери екзопланети
Зображення: NASA | ESA | CSA | STScI
WASP-96 b є однією з більш ніж 5000 підтверджених екзопланет у нашій галактиці. Вона знаходиться на відстані 1150 світлових років від Землі біля сонцеподібної зірки в сузір’ї Фенікса і є газовим гігантом, приблизно наполовину легшим за Юпітер, проте екзопланета на 20% перевершує його за діаметром.
Але на відміну від найбільшої планети Сонячної системи, WASP-96 b розташована дуже близько до своєї зірки, роблячи один оберт навколо неї приблизно за 82 години. Через це планета дуже сильно розігрівається: температура цього світу перевищує 500 °C.
Великий розмір, короткий орбітальний період і товста газова оболонка зробила WASP-96 ідеальною мішенню для телескопа ім. Джеймса Вебба. Він спостерігав планету під час її проходу диском материнської зірки протягом 6,4 годин.
За допомогою спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону NIRISS телескопу вдалося отримати спектр атмосфери планети, який є найбільш детальним з існуючих. У газовій оболонці WASP-96 b телескоп однозначно побачив сліди водяної пари, туману та хмар. Дослідники зможуть використовувати отримані дані для вимірювання кількості водяної пари в атмосфері, оцінки вмісту різних елементів, таких як вуглець і кисень, а також оцінки зміни температури атмосфери з глибиною. Завдяки цій інформації вчені зможуть зробити висновки про загальний склад планети, а також про те, як, коли та де вона сформувалася.
Цікаво, що майже чверть часу першого циклу спостережень JWST відведено на вивчення екзопланет: з допомогою космічного телескопа будуть досліджені як кам’янисті світи, так і великі газові планети.
Глибини Всесвіту в інфрачервоному діапазоні
Зображення: NASA | ESA | CSA | STScI
Одним із результатів перших спостережень JWST стало найглибше зображення Всесвіту в інфрачервоному діапазоні з отриманих досі. На ньому представлено розташоване в сузір’ї Летюча Риба скупчення галактик SMACS 0723, яким воно було 4,6 мільярда років тому, а також безліч галактик, що до нього не входять.
Скупчення працює як гравітаційна лінза, збільшуючи ті галактики, що знаходяться позаду нього, у тому числі дуже старі – деякі з них з’явилися за часів, коли Всесвіту не було й мільярда років. Цей ефект виразно видно на зображенні, отриманому камерою NIRCam.
Прилад MIRI розкрив інші деталі. За допомогою цього інструменту вдалося розглянути, які галактики багаті на космічний пил (вони мають червоний колір), а які ні (блакитні). Крім того, на зображенні MIRI видно зелені галактики, багаті на вуглеводні. Дослідники зможуть використовувати подібні дані, щоб краще зрозуміти процеси формування, зростання та злиття галактик, а також зіркоутворення в них.
На додаток до цієї пари зображень, JWST вдалося вивчити світло від галактики, розташованої на відстані 13,1 мільярда світлових років. Це стало можливим завдяки інструменту NIRSpec, який зміг спостерігати 48 окремих галактик одночасно.
Зображення: NASA | ESA | CSA | STScI
Що у результаті?
Вчені, які багато років працювали над створенням космічного телескопа ім. Джеймса Вебба, були приголомшені якістю отриманих даних та зображень. За словами провідного розробника інструменту NIRISS Рене Дойон:
Я вчена і працюю у цьому проекті вже 20 років. Здається, що ми мали очікувати на щось типу побаченого. Але ж ні! За декілька місяців у мене кілька разів просто відвисала щелепа від того, що нам показував цей телескоп.
Якість спостережень дала вченим зрозуміти, що JWST готовий зробити революцію в астрономії. Дослідники отримають повніше уявлення про можливості телескопа 14 липня, коли NASA опублікує пакет даних, зібраних у процесі введення космічної обсерваторії в експлуатацію: 40 терабайт інформації включатимуть необроблені зображення та спектри, у тому числі з перших спостережень JWST за об’єктами Сонячної системи.