Космический телескоп «Джеймс Уэбб» наконец расчехлился и передает на Землю свои первые снимки. NASA с удовольствием их публикует, пытаясь объяснить, на что агентство потратило 25 лет и 10 миллиардов долларов. В этой подборке не только показываем фотографии, сделанные «Джеймсом Уэббом», но и объясняем, почему они действительно классные и как инженеры и астрономы смогли добиться такого великолепного результата.
1. Туманность NGC 3324 в созвездии Киля
NGC 3324 — это область звездообразования в созвездии Киля, которая находится в 7600 световых годах от нас. Именно поэтому она интересна: наблюдая за туманностью, астрономы надеются ответить на вопросы, касающиеся появления звезд и ранних этапов их существования. NGC 3324 еще называют «космическими скалами», потому что на картинке она выглядит как область с пиками и провалами. На деле «пики» имеют длину около семи световых лет, а провалы вызваны потоком частиц и ультрафиолетового излучения от массивных, горячих молодых звезд, расположенных над туманностью.
Заслуга «Джеймса Уэбба» в том, что он позволил зафиксировать молодые звезды, скрытые облаками пыли и не наблюдаемые в видимом диапазоне. Благодаря оборудованию, регистрирующему инфракрасное излучение, телескоп может заглянуть за космическую пыль и увидеть протозвездные образования.
Для сравнения, вот так выглядит эта область на снимке «Хаббла».
2. Квинтет Стефана в созвездии Пегаса
Квинтет Стефана — это группа из пяти галактик, открытая французским астрономом Эдуардом Стефаном. При этом четыре из них находятся расстоянии 210–340 миллионов световых лет от нас. Пятая же просто выглядит как соседняя по отношению к ним, на самом же деле она расположена намного ближе — примерно в 39 световых годах от Земли.
Четыре взаимодействующие галактики интересны тем, что после столкновения двух из них образовался молекулярный водород — и это одно из самых активных «месторождений» этого элемента в космосе. Наблюдать его важно, потому что это может пролить свет на то, что происходило с нашей Вселенной на раннем этапе ее существования — более 10 миллиардов лет назад. Предполагается, что в те далекие времена подобные тесно взаимодействующие группы галактик были распространенным явлением.
«Джеймс Уэбб» позволил рассмотреть Квинтет Стефана разрешении, недоступном ни одному инструменту до него — в том числе выбросы вещества, вызванные гравитационным воздействием сверхмассивной черной дыры, находящейся в галактике NGC 7319. По современным представлениям, такие черные дыры являются активными ядрами галактик, и «Джеймс Уэбб» позволяет детально их изучать. Благодаря его инструментам астрономы получают множество изображений объекта, который раскладывают как бы слой за слоем. Процесс примерно похож на получение изображения в магнитно-резонансном томографе.
3. Южная кольцевая туманность в созвездии Паруса
«Джеймс Уэбб» позволяет посмотреть не только на рождающиеся звезды, но и на умирающие. Туманность NGC 3132 как раз образована облаками газа и пыли, которые тысячи лет выбрасывала заканчивающая свое существование звезда, видимая как яркая точка в середине. Благодаря телескопу астрономы смогут понять, какие вещества находятся в этой туманности и на каком расстоянии они расположены от звезды. Это прольет свет на то, что происходит в недрах светил на финальных этапах их эволюции. Со временем это облако разлетится по Вселенной, а через миллиарды лет, возможно, из него образуются новые звезды и планеты.
Два изображения показывают, как работают основные инструменты «Джеймса Уэбба». Левый снимок сделан камерой NIRCam, работающей в ближнем инфракрасном диапазоне и фиксирующей излучение с длиной волны от 0,6 до 5 микрометров. Именно она фиксирует молодые звезды и галактики в процессе их формирования. Инструмент также оснащен коронографом — специальным приспособлением, которое блокирует яркий свет центрального объекта, позволяя увидеть более тусклые образования, которые его окружают. Благодаря этому астрономы, возможно, найдут новые экзопланеты и уточнят характеристики уже открытых.
Правый снимок — результат работы MIRI, второго основного инструмента обсерватории. Он фиксирует излучение в среднем инфракрасном диапазоне с длиной волны от 5 до 28 микрометров. Именно на MIRI возлагается надежда на новые захватывающие фотографии космоса, аналогичные тем, которые мы привыкли получать от «Хаббла». Этот прибор позволит увидеть слабый свет от далеких галактик с большим красным смещением и слабо видимых комет и объектов пояса Койпера.
4. Спектр атмосферы экзопланеты WASP-96 b в созвездии Феникса
WASP-96b — это газовый гигант, который вращается вокруг солнцеподобной звезды на расстоянии 1150 световых лет от нас. В момент прохода планета по диску звезды ее и зафиксировал «Джеймс Уэбб».
Хотя первые свидетельства существования воды в экзопланетах «Хаббл» получил еще в 2013 году, информация с «Джеймса Уэбба» поражает своей подробностью. Обсерватория зафиксировала воду, облака и туман в атмосфере планеты.
Такие наблюдения стали возможны благодаря FGS/NIRISS — датчику точной навигации и беcщелевому спектрографу и прибору для формирования изображений в ближнем инфракрасном диапазоне. Датчик позволяет телескопу точно наводиться на объект, без чего невозможно получение изображения в высоком разрешении. NIRISS необходим для обнаружения экзопланет и изучения их свойства путем транзитной спектроскопии (как в случае с WASP-96 b).
Другой спектрограф «Джеймса Уэбба» — NIRSpec, спектрограф ближнего инфракрасного диапазона, фиксирующий волны длиной от 0,6 до 5 микрометров. Атомы и молекулы любого объекта во Вселенной имеют свои линии в его спектре. Эти линии уникальны для каждого химического элемента. Таким образом, анализируя спектры, астрономы могут понять, из чего состоит то или иное тело. Спектроскопия и спектрометрия — это одни из самых точных методов исследования космоса, которые у нас есть.
Поскольку многие объекты, которые должен изучить «Джеймс Уэбб», очень тусклые (например, первый галактики, появившиеся сразу после Большого Взрыва), даже его гигантское зеркало должно быть направлено на объект сотни часов, чтобы получить достаточно электромагнитного излучения для формирования спектра. Разумеется, с такой производительностью в течение запланированной пятилетней миссии телескоп успеет изучить практически ничего.
NIRSpec использует революционную технологию, разработанную инженерами Центра космических полетов Годдарда, под названием массив микрозатворов (microshutter array). Ячейки микрозатвора инструмента (каждая шириной с человеческий волос) имеют крышки, которые можно открывать и закрывать, используя электромагнитный привод. Ими можно управлять индивидуально, открывая или закрывая для просмотра или блокировки определенной части неба. Благодаря такой схеме спектрограф может одновременно исследовать до ста объектов.