Июльские фото телескопа James Webb

В июле космический телескоп James Webb «праздновал» годовщину работы на орбите: 12 июля 2022 года обсерватория передала первые научные фото на Землю. В честь этого события NASA показало снимок самой близкой к Земле области звездообразования, кроме того, в июле телескоп прислал фото самой удаленной от нас черной дыры. Что еще увидел James Webb в этом месяце? Показываем в подборке.

01. Лоб в лоб

К пекулярным галактикам относятся те, которые нельзя отнести к какому-нибудь классу последовательности Хаббла (классификации галактик, предложенной Эдвином Хабблом в 1926 году). К пекулярным относится и NGC 3256. Она размером с Млечный Путь и находится примерно в 120 миллионах световых лет от нас в созвездии Паруса. Галактика входит в сверхскопление Гидры-Центавра.

На фото мы видим последствия древней космической катастрофы. NGC 3256 — это результат лобового столкновения двух примерно одинаковых по массе спиральных галактик, которое, по оценкам астрономов, произошло около 500 миллионов лет назад. Последствия события отражены в длинных нитях пыли и звезд, которые простираются наружу от основной части галактики. Яркие красные и оранжевые области, разбросанные по ней, содержат молодые звезды, образовавшиеся в результате слияния.

Промежутки между звездами в галактике огромны, поэтому, когда галактики сталкиваются, их облака звезд проходят друг через друга и смешиваются, как два облака дыма. Однако газ и пыль взаимодействуют, что и приводит к появлению масштабных ярких объектов. Галактическое столкновение, породившее NGC 3256, вызвало яркую вспышку звездообразования. Эти молодые звезды излучают в инфракрасном диапазоне, свет которого может проникать сквозь затеняющую пыль в галактике, что делает их идеальными объектами для спектрометров James Webb.

02. Звезда умерла. Да здравствует звезда!

Космическая пыль является важным строительным материалом для звезд и планет. Но откуда она взялась в ранней Вселенной? James Webb обнаружил большое количество пыли возле двух сверхновых звезд (сверхновыми называют яркие вспышки, которые происходят в конце эволюции светил), подтверждая идею о том, что взорвавшиеся звезды сыграли ключевую роль в снабжении пылью ранней Вселенной.

Ученые предположили, что после взрыва звезды ее газ расширяется и охлаждается, образуя пыль. Однако эта пыль обнаруживается только в среднем инфракрасном диапазоне и требует чрезвычайной чувствительности. До запуска James Webb это явление наблюдалось только один раз.

Телескоп наблюдал две молодые далекие сверхновые: SN 2004et и SN 2017eaw. Обе находятся примерно в 22 миллионах световых лет от Земли. Хотя астрономы знали, что сверхновые производят пыль, было неясно, сколько пыли может остаться возле них после первоначальных ударных волн от взрыва. Оказалось, что SN 2004et содержит количество пыли, эквивалентное пяти тысячам масс Земли! Наблюдение такого большого количества пыли на ранней стадии жизни SN 2004et предполагает, что пыль действительно может сохраниться и сверхновые звезды являются ее источником.

03. Что-то из углерода

Галактика JADES-GS-z6 наблюдалась в рамках James Webb Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) — расширенного углубленного внегалактического обзора.

Эта галактика, наряду с другими в этом регионе, была частью исследования, проведенного международной группой астрономов. Ученые изучали химические характеристики богатых углеродом частиц пыли, сформировавшихся примерно через один миллиард лет после рождения Вселенной.

Подобные сигнатуры наблюдались в гораздо более поздней Вселенной, и они были связаны со сложными молекулами на основе углерода — полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ). Однако маловероятно, чтобы ПАУ образовались в течение первого миллиарда лет космического времени. Поэтому астрономы предположили, что James Webb мог зафиксировать другие молекулы на основе углерода: возможно, крошечные графито- или алмазоподобные зерна, произведенные самыми ранними звездами или сверхновыми. Это наблюдение, которое стало возможным благодаря беспрецедентной чувствительности James Webb, открывает новые направления для исследования самых ранних звезд во Вселенной.

04. Космические тоддлеры

Младенцы производят хаос вокруг себя, и маленькие звезды — не исключение из этого правила. Внутри оранжево-белого пятна в центре этого снимка находятся две активно формирующиеся звезды. Они пока глубоко погребены в газопылевом диске, который питает их рост. На протяжении сотен тысяч лет эта парочка неоднократно поглощала, а затем выплевывала вещество вокруг себя, формируя эти огненно-оранжевые лепестки.

Доли асимметричны, правая на самом деле больше наклонена к Земле, чем левая. На форму лепестков влияет взаимодействие с окружающей туманностью, видимой как голубая дымка, а также недавние выбросы звезд. Хотя туманность кажется черной и непрозрачной в видимом свете, она доступна для наблюдения инфракрасных сенсоров James Webb.

Выбросы звезд определят, сколько массы они сохранят. Этим малышам потребуются миллионы лет, чтобы вырасти, но в конце концов эта область очистится, обнажив полноценные звезды внутри.

05. Темная материя, ты ли это?

Этот снимок был сделан прошлым летом, но в июле 2023-го группа ученых предложила другую интерпретацию запечатленных на нем объектов.

В рамках упоминавшегося обзора JADES телескоп обнаружил три объекта возрастом от 300 до 400 миллионов лет после большого взрыва. Первоначально их посчитали одними из самых молодых галактик во Вселенной массой порядка 100 миллионов солнечных.

Однако математическое моделирование предложило другое объяснение. Ученые предположили, что это звезды населения III, которые состоят из темной материи. Население — это способ классификации звезд, учитывающий много характеристик, включая химические состав, распределение в пространстве, собственные скорости и другие. Население III — это первое поколение звезд, сформировавшееся после Большого взрыва. Они должны отличаться от других большой массой и коротким временем жизни, следовательно, до наших дней подобные объекты не дожили.

Исходя из этого, масса в 100 миллионов солнечных для первых звезд — нормальное явление. Мы пока не знаем, что такое темная материя, но уверены, что это некие частицы, пока мы еще не открыли. По одной из версий эти частицы могут одновременно быть собственными античастицами. Поэтому излучение первых звезд может быть результатом аннигиляции темного вещества и антивещества (в отличие от привычных нам звезд, светящихся из-за термоядерных реакций). К сожалению, сенсоры James Webb все же недостаточно чувствительны, чтобы обнаружить линии гелия в спектре таких далеких объектов. Поэтому астрономы не могут точно сказать, идут в объектах термоядерные реакции (это был бы довод в пользу того, что они являются галактиками) или нет (тогда можно было бы увереннее говорить об обнаружении первых звезд).