Телескоп уэбба: Телескоп «Джеймс Уэбб» показал ранее невидимые галактики |

Содержание

Телескоп Уэбба увидел то, чего не должно быть в космосе: астрономы теряются в догадках

Удивительно массивные далекие галактики вызывают вопросы о том, как они сформировались.

Огромные галактики? Этого не может быть!

Долгое время астрономы считали, что самые ранние галактики являются очень маленькими и деформированными объектами. Но изображения Уэбба показали, что эти галактики огромные, очень массивные, а также имеют необычайно правильную форму и структуру. Такое открытие может изменить все представление о том, как развивалась Вселенная на начальном этапе своего существования.

Изображение скопления галактик SMACS 0723. Эти галактики появлись 13 млрд лет назад

Фото: NASA

По словам Гарта Иллингворта из Калифорнийского университета в Санта-Круз, компьютерные модели не показывали таких галактик, и никто не предполагал, что они могут быть такими.

«Как они могли сформироваться такими в самой ранней Вселенной? Как в этих галактиках так быстро появилось очень много звезд?», — задается вопросом Иллингворт.

В то же время ученые говорят, что, возможно, сейчас изображения Уэбба удивляют, но позже, после проведения дополнительных исследований, все встанет на свои места.

В то же время ученые говорят, что, возможно, сейчас изображения Уэбба удивляют, но позже, после проведения дополнительных исследований, все встанет на свои места

Фото: NASA

Ученые считали, что галактики в ранней Вселенной не имеют правильной формы и представляют собой хаотичный набор звезд. Это связано с тем, что у космического телескопа Хаббл, который пытался заглянуть в раннюю историю Вселенной не было таких мощных приборов, как у телескопа Уэбба. Также на основе данных Хаббла ученые считали, что ранние галактики разбросаны по космосу, но данные Уэбба показывают, что они расположены более структурировано.

По словам Дэна Коу из Института исследований космоса с помощью космического телескопа, США, раньше считалось, что ранняя Вселенная – это беспорядочное скопление областей звездообразования. Раньше ученые не видели в ранней Вселенной холодных и старых звезд, а только молодые и горячие.

Потенциальное объяснение несовпадений данных Уэбба и предположений ученых

Что касается огромных и массивных галактик, которые обнаружил телескоп Уэбба во временном периоде в 1 млрд лет после Большого взрыва, то ученые уже имеют первые объяснения их существования. Самое простое объяснение состоит в том, что, по крайней мере, некоторые из них из-за ошибок в расчетах на самом деле окажутся не такими старыми и не такими далекими. Исследования продолжаются и ответы ученые надеются получить уже очень скоро.

Фокус уже писал о том, что некоторые ученые подвергли сомнению то, что телескопу Уэбба удалось обнаружить самую старую галактику во Вселенной. Ученые объяснили почему они так думают.

Цели для изучения телескопом Уэбба

В то же время сейчас ученые сосредоточили свое внимание на изучении недавних наблюдений Уэбба, по которым уже готовятся серьезные научные работы. Есть и те объекты, которые еще стоит изучить телескопу Уэбба, чтобы ученые могли сделать свои выводы. Среди этих наблюдений можно выделить следующие:

Галактика Колесо Телеги. Это поразительно красивая и редкая кольцевая галактика, которая находится на расстоянии в примерно в 500 млн световых лет от нас. Необычная структура этой галактики обусловлена тем, что она появилась в результате столкновения двух галактик. О том, как телескоп Уэбба сделал изображение этой галактики Фокус уже писал.

Галактика Колесо Телеги

Фото: NASA

Туманность Орел или М16. Известно, что здесь находится структура, которая получила название «Столпы творения». Это три столба пыли, освещенные горячими молодыми звездами.

«Столпы творения» — это три столба пыли, освещенные горячими молодыми звездами

Фото: NASA

Ганимед, самый большой спутник Юпитера. Это самый большой спутник в Солнечной системе, и он даже больше Меркурия. Ученые считают, что у него под поверхностью находится океан с большим количеством воды. Ее там может быть больше, чем во всех океанах на Земле.
Комета C/2017 K2. Эту очень большую комету обнаружили в 2017 году, и она имеет хвост длиной в 800 тысяч км. Как уже писал Фокус эта комета пролетала рядом с Землей в июле 2022 года.
Галактика NGC-1365. Это спиральная галактика с перемычкой, которая находится на расстоянии в примерно 56 млн световых лет. Фокус уже писал о том, что телескоп Уэбба уже сделал новый снимок этой галактики.

Галактика NGC-1365

Фото: NASA

Планетарная система Trappist-1. В этой системе 7 планет вращаются вокруг звезды с названием Trappist-1. Несколько планет находятся в так называемой обитаемой зоне, а значит там может быть жидкая вода. Как уже писал Фокус ученые занялись изучением этих планет, чтобы выяснить есть ли у них атмосфера.

Фокус также писал о самых первых научных изображениях, которые сделал космический телескоп Уэбба в начале июля 2022 года.

Как уже писал Фокус, космический телескоп Уэбба сделал захватывающие изображения галактики-призрака.

Первое полноцветное фото от Джеймса Уэбба — стоит ли эта машина золота, из которого сделана? / Хабр

Вчера, 12 июля 2022 года получены первые рабочие изображения от космического телескопа нового поколения Джеймса Уэбба.

Изображение скопления галактик SMACS 0723 снятое ближней инфракрасной камерой Джеймса Уэбба (NIRCam)

На первом опубликованном фото показано скопление галактик SMACS 0723 запечатленное 4,6 миллиарда лет назад.

Кажется, словно мы смотрим сквозь донышко стакана, но это не артефакт системы зеркал. Комбинированная масса этого скопления галактик действует как гравитационная линза, увеличивая гораздо более отдаленные галактики за ним.

А вот шесть больших и два меленьких луча вокруг ярких объектов — артефакты созданные опорами вторичного зеркала.

Вторичное зеркало отражающее излучение в камеру телескопа удерживается на месте над основным зеркалом опорными стержнями, которые закрывают часть изображения. Когда звездный свет направляется к основному зеркалу, часть из лучей проходят мимо опорных стержней и слегка отклоняются. Возникает дифракция искажающая свет на конечном изображении, образуя «паука», который соответствует положению опорных стержней.

Так как опорные стержни вторичного зеркала телескопа расположены в виде красивого симметричном узора, дифракционные шипы на изображении звезд выглядят как популярный фильтр из Инстаграмма.

Изображение туманности Эты Киля, сверху — телескоп Джеймс Уэбб, снизу — телескоп Хаббл

Представленные изображения — компиляция данных, записанных на разных длинах волн, включая диапазон который никогда не был исследован космическими телескопами. Кроме того, размеры и гладкость зеркал выше чем у всех предыдущих аналогов, что позволяет рассмотреть крошечные, слабые структуры галактик, которые никогда раньше не видели астрономы.

До этого дня мы могли рассмотреть только калибровочные изображения, необходимые для настройки положения зеркал.

Изображение для калибровки зеркал Джеймса Уэбба было получено в начале мая за 32 часа экспозиции

Почему астрономы и другие ученые празднуют получение сегодняшнего фото как вторую Хануку? И почему телескоп странно выглядит, странно назван и появился только сейчас?

По следам Хаббла

Масштабное сравнение телескопов Хаббл (слева) и Джеймс Уэбб (справа)

Джеймс Уэбб – один из самых проблемных долгостроев NASA в партнерстве с Европейским космическим агентством (ESA) и Канадским космическим агентством (CSA).

Но эти проблемы — мелочи, по сравнению с тем что пришлось пережить его предшественнику!

Идею космических телескопов активно продвигал американский астрофизик Лайман Спитцер во времена, когда запускать телескопы в космос еще не умели. В 1962 году доклад, опубликованный Национальной академией наук США, рекомендовал включить разработку орбитального телескопа в космическую программу, и в 1965 году Спитцер был назначен главой комитета, занимающегося космическими телескопами.

У такой идеи есть преимущество: атмосфера не мешает наблюдениям — нет рассеивания (которое мешает как четкости изображений, так и снимкам в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне), преломленные лучи от Солнца и городских огней не создают светового загрязнения, не влияет погода.

И есть два недостатка. Первый: телескоп должен поместиться под головной обтекатель ракеты-носителя (или внутри шаттла Дискавери), а значит его апертура и масса ограничены.

Второй: создание, доставка и обслуживание такого аппарата очень сложны и безумно дороги.

Именно вторая проблема первой повисла над проектом Хаббл, предложенным по окончании лунной гонки. Правительство США закрыло программу «Апполон», стоившую 9 миллиардов долларов и уже вздохнуло с облегчением, представляя как легко будет планировать бюджет без интенсивных космических расходов, как астрономы потребовали реализовать проект, потративший в итоге 6 миллиардов американских денег (2,5 на разработку, остальные на обслуживание и ремонт по данным на 1999 год).

В 1974 году, в рамках программы сокращений расходов бюджета, конгресс США полностью отменил финансирование проекта, однако, после продолжительных дебатов и согласования скромного стартового бюджета в 400 миллионов долларов началось производство, которое как и любая стройка не закончилось в срок.

Схема телескопа Хаббл

Хаббл, как и Уэбб — зеркальный телескоп, он отражает свет от участка звездного неба вогнутым зеркалом на матрицу камеры. Требования к гладкости зеркала — очень высоки: на нем не должно быть неровностей больше 30 нанометров (в 2666 раз меньше человеческого волоса), при диаметре в 2,4 метра.

Главное зеркало космического телескопа Хаббл полируется на заводе Перкин-Элмер в 1979 году

Кроме того, аппарат должен был пережить тряску при старте и большой перепад космических температур.

Когда работы были вроде как завершены старт назначили на 1983 год и телескоп обрел имя в виде фамилии Эдвина Хаббла — человека, который открыл миру другие галактики и внес существенный вклад в теорию метрического расширения вселенной.

Из-за недоработок запуск запланировали в 1984 году… потом в 1985, ну в 1986 уж точно! В январе 1986 года произошла катастрофа с участием шаттла Челленджер и запуск решили отложить на несколько лет.

Все это время телескоп хранился в комнате с контролируемыми условиями и частично включенными системами, потребляя 6 миллионов долларов в месяц.

В результате, Хаббл запустили в 1990 году. Первый же снимок вышел мутным, как вид через окно в туалете. Оказалось, главное зеркало несмотря на свою гладкость не было точно выведеным в плане кривизны.

Три года готовилась миссия по спасению четкости на высоте 545 километров. Заменять зеркало в космосе — очень сложно, а посадку на Землю телескоп мог бы не пережить.

Решение оказалось забавным — Хабблу установили корректирующую линзу, как подслеповатому человеку выписывают очки.

Сравнительное изображение ядра галактики M100 показывает значительное улучшение взора космического телескопа Хаббл на Вселенную после первой миссии Hubble Servicing Mission в декабре 1993 года

Всего было проведено четыре экспедиции, выполняющие техническое обслуживание и срочный ремонт космического телескопа.

Слева — первая экспедиция по установке линзы 1993 года, в центре — третья экспедиция 1999 года по замене вышедших из строя гироскопов, справа — четвертая экспедиция 2009 года по замене опять гироскопов и много чего еще

В 1997 году (в ходе второй экспедиции) у Хаббла был заменен спектрограф и уже в это время было принято решение построить космический телескоп нового поколения — больше, дальше и не такой косячный.

Запуск планировали на 2007 год, а бюджет в 500 миллионов долларов.

Нужно ли говорить, что сроки и сметы не были соблюдены?

Название

В 2002-м новый телескоп решили переименовать в честь одного из первых администраторов НАСА, Джеймса Э. Уэбба, который курировал создание лунной программы США «Аполлон».

Проблемы начались уже на этапе названия. Мало того что Джеймс Уэбб (человек) — просто чиновник, а не ученый, не космонавт, не совершил никаких открытий, так еще и требования к американским деятелям изменились с 60-х годов. В двухтысячных политику уже нужно было быть толерантным и признанным сообществом меньшинств, а Джеймс Уэбб отличился в обратную сторону.

Мне кажется, Лайман Спитцер должен был дать имя телескопу, как реальный ученый и человек приложивший наибольшие усилия к воплощению идеи космических обсерваторий.

Стоимость

В бюджете NASA, предложенном в июле 2011 года конгрессом, предполагалось прекращение финансирования строительства телескопа из-за плохого управления и превышения бюджета, все как и у предшественника.

Спустя 25 лет от начала создания проекта к запуску в 2021-м стоимость телескопа составила почти 10 миллиардов долларов.

Это дороже, чем вся лунная программа «Аполлон», которую сам Джеймс Уэбб (человек) курировал.

Запуск Джеймса Уэбб 25 декабря 2021 года с помощью ракеты-носителя Arianespace Ariane 5 из стартовой зоны космодрома в Гвиане

Зеркала

Учёные определили, что минимальный диаметр главного зеркала должен быть 6,5 метра, чтобы измерить свет от самых далёких галактик. А инженер с рулеткой подсказал им, что ширина головного обтекателя ракеты в самом широком месте 5,5 метров и такое цельное зеркало вывести в космос невозможно.

К счастью для ученых, в NASA уже был проект сегментированных зеркал, которые можно компактно сложить.

К несчастью ученых, проект Advanced Mirror System Demonstrator (AMSD) двойного назначения: для гражданских целей и военных. Технология предназначалась для спутников инфракрасной разведки и ударного спутника Space Based Laser (SBL).

Оказалось большой удачей применить технологию от не самого успешного военного объекта к самому перспективному астрономическому инструменту.

Шакальные фотографии сегментированного зеркала системы Large Advanced Mirror Program (LAMP, лампочка) 1988 года, которая испытывалась для космического лазерного оружия Space Based Laser (SBL)

Кроме экономии места, инженерам нужно было решить проблему с экономией массы. При куда больших размерах (в разложенном виде) Уэбб должен обладать той же массой не более Хаббла, то есть быть в 10 раз легче на единицу эффективной площади зеркала.

Для этой цели основной материал шестигранных ячеек зеркала — легкий и прочный металл бериллий. Он оказался эффективнее алюминия, который обычно используется как конструктивный металл в космосе.

Покрыты ячейки золотом толщиной всего в 700 атомов. Это физический фильтр, отражающий инфракрасный участок из спектральной каши космического излучения.

Сегментированное зеркало Джеймса Уэбба во время сборки

Кроме того, каждая ячейка снабжена своим набором приводов, позволяющих не только менять положение, но и кривизну сегментов независимо друг от друга.

Такая полужесткая конструкция должна позволить избежать проблем, которые были у Хаббла с кривизной зеркала.

Подвижная и полужесткая конструкция ячеек зеркала Джеймса Уэбба

Восемнадцатью ячейками зеркала управляют в общем 132 привода, настраивая общую форму кривизны начиная с центральных сегментов и двигаясь в сторону периферийных.

Для того чтобы добиться космической гладкости после обработки дефекты на охлажденных до минус 240 градусов Цельсия зеркалах искали лазерным интерферометром.

Инженеры в чистом помещении, чистят углекислым газом испытательное зеркало покрытое золотом в 2015 году

Зонтик от Солнца

Телескоп работает в инфракрасном диапазоне, то есть крошечное тепловое излучение далеких галактик для него — объект изучения, а колоссальный жар Солнца — паразитный шум.

С другой стороны, Уэбб, как и многие автоматические аппараты в космосе работает на солнечных батареях и ему нужен солнечный свет.

Выйти из этой дилеммы позволила разработка сверхтонкого и очень эффективного теплового экрана.

Теплозащитный экран состоит из 5 слоёв полиамидной пленки (материал известен, например, электрикам как «янтарный скотч»), на каждый из которых нанесено покрытие из алюминия.

90 натяжных тросов развернули экран в ромб размером 21,1 на 14,6 метров, это примерно с теннисный корт.

Испытательный образец теплозащитного экрана в развёрнутом состоянии на предприятии Northrop Grumman Corporation в Калифорнии, 2014 год

Первые два «горячих» слоя обладают покрытием из легированного кремния, что в итоге должно позволять выдержать разницу в 360 градусов Цельсия между сторонами экрана. Прямо сейчас температура освещенной части Уэбба 45 градусов, а самой холодной части за экраном минус 267 градусов.

Последить за работой телескопа в реальном времени можно тут: https://jwst. nasa.gov/content/webbLaunch/whereIsWebb.html?units=metric

Место пребывания

Выбор, куда бы послать инфракрасный телескоп — это поиск места где не светит Солнце. Ну, почти, с поправкой на солнечные батареи.

Кроме того, хотелось чтобы большие отражающие свет объекты тоже не проплывали мимо золотого зеркала.

Обе эти задачи выполняет точка Лагранжа L2 — это одно из пяти мест, где гравитация двух массивных тел (Солнца и Земли в нашем случае) создает устойчивое положение во вращающихся координатах. То есть, чтобы покинуть это место, нужно прибавить энергии, а оставаться в нем можно без затрат. Было бы странно видеть такую точку в покоящемся пространстве — предметы бы падали туда где ничего нет. А вот вращение вокруг Солнца по стабильной круговой орбите уже не кажется странным.

Точки Лагранжа и эквипотенциальные линии (с одинаковой потенциальной энергией) системы двух тел Солнце-Земля

Однако, есть у этой позиции и недостатки: никто не прилетит за полтора миллиона километров ремонтировать и даже дозаправить телескоп. Любая поломка и даже закончившееся топливо для корректировки положения и ценнейший научный инструмент потерян.

Хабблу хватает топлива лет на 5 (его периодически заправляют), а Уэббу должно хватить на 20.

Соседство в этой точке Джеймсу Уэбба составляют европейский телескоп Gaia и российский Спектр-РГ, а раньше там летали «Планк» и «Гершель».

Какой телескоп следующий?

Раз уж проекты телескопов очень долгоживущие и новое поколение планируют еще в начале жизненного цикла старого, не находится ли уже сейчас в разработке телескоп, который будет больше, дальше и сильнее Уэбба?

В кулуарах института исследований космоса с помощью космического телескопа (Space Telescope Science Institute) с 2009 года зреет проект телескопа ATLAST (Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope), который будет иметь главное зеркало диаметром от 8 до 16,8 метров в зависимости от окончательной концепции, которую утвердят позднее.

Концепция телескопа ATLAST с сегментированным зеркалом

Телескоп будущего поколения так же отправится в точку Лагранжа L2 и будет сконцентрирован на поиске внеземной жизни.

Есть у ATLAST еще четыре аналогичных конкурирующих проекта, из которых придется выбирать лучший.

Запуск планируется на вторую половину 2030х годов, но мы знаем эти космические планы.

Бонусы

В награду тем, кто дочитал до конца статью существенно большую, чем было необходимо для того чтобы просто показать крутые фотки Вселенной, хочу заметить, что свежие изображения отлично подходят, как обои на экран телефона.

Вот отсюда можно скачать без регистрации и смс:

И вот так они будут смотреться: https://jwst.nasa.gov/content/webbLaunch/deploymentExplorer.html#43

Идея как любоваться Вселенной каждый день

«Джеймс Уэбб» реализует лучшие методы наземной астрономии — Троицкий вариант — Наука

Рассеянное звездное скопление NGC 3324 на краю огромной туманности NGC 3372 в созвездии Киль. На этом фото, полученном телескопом «Уэбб», видны ранее незамеченные звезды внутри газово-пылевого облака и за нимВладимир СурдинАлексей Кудря

Владимир Сурдин, канд. физ.-мат. наук, доцент физического факультета МГУ, ст. науч. сотр. Государственного астрономического института им. Штернберга, рассказал Алексею Кудря о космическом телескопе «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope — JWST), который спустя полгода после запуска наконец-то начал полноценную работу.

— Расскажите, пожалуйста, в чем «Джеймс Уэбб» лучше своего предшественника, телескопа «Хаббл»?

— Он другой. Он работает в другом диапазоне, у него другой размер объектива, он расположен в другом месте. Именно поэтому его и создали: чтобы не повторять «Хаббл», а дополнять его.

Начнем с диапазона. Телескоп «Хаббл» работает в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Грубо говоря, в видимом диапазоне, захватывая чуть-чуть ультрафиолетовый и инфракрасный. Телескоп «Джеймс Уэбб» работает в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне. А дальнего и не надо, потому что еще недавно летал телескоп «Спитцер», и он свое дело сделал. Так что «Уэбб» заполняет промежуток между «Хабблом» и «Спитцером». В ближнем инфракрасном диапазоне работают, скажем, пульты для телевизора. Иногда мы даже видим его глазами: густой красный цвет. Средний инфракрасный диапазон незаметен для нас. Он практически не проходит через атмосферу Земли, и тут уже необходимы космические наблюдения. В этом диапазоне излучают тела с температурой несколько сотен кельвинов: поверхности прохладных звезд, поверхности планет и нагретые звездным светом пылинки.

Теперь о размерах телескопа. Таких космических телескопов раньше не было, и даже трудно было себе представить, что они будут. Диаметр главного объективного зеркала — 6,5 м. Понятно, что такое зеркало не уместится в ракете, поэтому его сделали складным, из 18 отдельных шестигранных фрагментов. В этом состояла главная проблема: раскрыть и юстировать зеркало. И это удалось!

Следующая проблема: ближний инфракрасный диапазон еще кое-как можно уловить при комнатной температуре, а средний инфракрасный диапазон вообще нельзя, потому что вокруг нас есть объекты, которые излучают в этом диапазоне. Следовательно, телескоп нужно было остудить, в отличие от «Хаббла». Совершенно необходимо это было «Спитцеру», поэтому его забросили подальше от Земли и охлаждали жидким гелием, пока весь гелий не испарился. Тогда телескоп ослеп. Он проработал мало. Новый «Джеймс Уэбб» должен работать долго: минимальный срок — десять лет, а вообще-то рассчитывают лет на тридцать, как с «Хабблом». Нужно было оградить «Уэбб» от внешних источников тепла (прежде всего от Солнца, но и от Земли тоже; летая рядом с Землей, вы довольно сильно нагреваетесь потоком ее инфракрасного излучения) и дополнительно охладить. Это удалось. У «Джеймса Уэбба» есть две камеры: ближнего и среднего инфракрасного диапазона. Обе работают при низкой температуре. Пассивное охлаждение налажено при помощи многослойного «фартука», или «зонтика», который закрывает телескоп от солнечного света. При этом охлаждается весь телескоп: и его объектив, и приборы. Вся аппаратура охлаждается примерно до 40 К. Это хорошо, но для приборов среднего инфракрасного диапазона нужна еще более низкая температура, и они дополнительно охлаждаются гелием, который не выбрасывается, а снова сжижается и запускается в контур охлаждения. Принцип тот же, что и в холодильнике у нас на кухне, где фреон гуляет десятилетиями. Таким образом, температура для приемников среднего инфракрасного диапазона — 7 К. В общем, очень холодный телескоп.

И еще одно различие: «Хаббл» работает рядом с Землей, а «Уэбб» находится в точке Лагранжа L₂ на расстоянии 1,5 млн км от Земли. Синхронно с Землей он делает один оборот вокруг Солнца в течение года. Очень удобно для радиосвязи. С одной стороны, это хорошо; с другой — не очень. «Хаббл» работает под прикрытием магнитного поля Земли, и оно немного отсекает потоки космических лучей (правда, и само вносит космический фон). «Уэбб» летает в открытом космосе, и космическое излучение, конечно, бьет по его детекторам и вносит мелкие помехи. Приходится очищать от них снимки, как и в случае «Хаббла». Уже первые снимки с «Уэбба» пришлось чистить вручную. Компьютер помогает, но обычно чистят вручную, убирая те пиксели, по которым ударили космические частицы.

— Какие еще недостатки есть у «Уэбба»?

— У этого телескопа нет трубы. Это открытая оптическая система. Главное и вторичное зеркала расположены снаружи. Конечно, это плохо. Есть фоновые источники света, от них приходится защищаться. Есть и микрометеориты, которые бьют прямо по оптическим элементам телескопа. Пылинки не страшны, а микрометеориты миллиграммового размера уже могут сдвинуть элементы зеркала. Такое происшествие было на днях: один из фрагментов зеркала испытал удар микрометеорита, сдвинулся, но, к счастью, каждое из зеркал объектива управляется несколькими «толкателями», маленькими пальчиками, которые могут под управлением компьютера возвращать зеркало в исходное состояние. Впервые у космического телескопа налажена система активной оптики. Есть оптика адаптивная и активная. Адаптивная работает на поверхности Земли, всё время восстанавливая картинку, искаженную атмосферой. А в космосе по мере охлаждения меняется конфигурация телескопа, ее нужно восстанавливать; под ударами метеоритов сдвигаются зеркала, так что всё время идет управление геометрией объектива. И не только объектива: внутри тоже есть подстройка.

— В чем особенности аппаратуры «Уэбба»?

— На каждую из двух камер, ближнего и среднего инфракрасного диапазона, навешено несколько специализированных приборов. Они стандартные для астрономии: это спектрографы и фотокамеры. Поле зрения «Уэбба» такое же, как у «Хаббла»: 2,2 × 2,2 угловой минуты. Можно будет сравнивать снимки «Хаббла» и «Уэбба»: они будут захватывать примерно одинаковые участки неба.

Скопление галактик SMACS 0723 в созвездии Летучая Рыба на южном небе, удаленное от нас на 4,6 млрд световых лет. Телескоп «Уэбб» получил его изображение в результате 12,5-часовой экспозиции. Тонкие светлые дуги — это изображения значительно более далеких галактик, искаженные эффектом гравитационной линзы. Кроме общего изображения были получены инфракрасные спектры 48 отдельных галактик. Оказалось, что от одной из них свет к нам шел 13,1 млрд лет

На камере ближнего инфракрасного диапазона — колоссальное количество приборов. Скажу об основных. Есть спектрографы нескольких интересных типов. Во-первых, полевой спектрограф, который может захватить один небольшой объект (например, галактику) и снять спектры нескольких сотен точек на его поверхности. При этом мы будем понимать, как движутся отдельные части галактики, облака внутри нее. На разных участках изображения получается около тысячи спектров одновременно. Во-вторых, есть спектроскопия бесщелевая. То есть просто наводим камеру на кусочек звездного неба, и все объекты, которые попали на фотографию, представлены полосками спектра. С одной стороны, это хорошо: мы не теряем свет, мы не заставляем его протискиваться через щель. С другой — одни спектры будут наползать на прочие и портить изображение. Но астрономы умеют с этим работать, есть старая надежная техника: если в поле зрения несколько ярких объектов, то лучше сфотографировать их спектр бесщелевым образом. В-третьих, есть щелевая спектроскопия, но щелей много, около ста, и каждую можно навести на свой объект в поле зрения. У вас большая россыпь звезд, вы выбираете около сотни из них, на каждую нацеливаете свою щель спектрографа и одновременно снимаете сто щелевых, то есть очень точных, очень рафинированных спектров звезд. Раньше такое делалось только на Земле, теперь возможно и в космосе. Кроме того, есть быстрый фотометр. Некоторые явления в космосе происходят быстро: вспышки некоторых звезд, прохождение планеты на фоне своей звезды (транзит). Грубо говоря, нужно работать в кинорежиме. Кроме того, есть быстрая спектроскопия: тот же режим кинокамеры, но снимается не изображение, а спектр. И, наконец, есть внезатменный коронограф. Например, наблюдая солнечное затмение, мы видим солнечную корону. Но бывает это редко. Поэтому астрономы давно придумали «искусственное затмение»: внутри телескопа помещается маленькая заслонка, которая закрывает диск Солнца, и удается увидеть хотя бы хромосферу и внутреннюю корону Солнца. То же самое можно сделать со звездой, если рядом с ней есть, например, экзопланета. Звезда ослепляет телескоп и не позволяет увидеть планету. Тогда мы помещаем в поле зрения маленькую заслонку, закрываем свет звезды, и планета рядом с ней становится видна. Теперь на космическом телескопе тоже есть такой инструмент.

На камере среднего инфракрасного диапазона приблизительно те же приборы. Их немного меньше, но они обладают приблизительно теми же возможностями. Кроме того, есть замечательный режим интерферометра, когда из большого объектива искусственно внутри камеры можно вырезать два кусочка, расположенных на краях объектива. Таким образом, мы одновременно смотрим на один объект как бы двумя глазами, или двумя объективами, и объединяем полученный свет. Возникает явление интерференции, и тогда можно измерять, например, угловые размеры объектов или замечать рядом с ними другие, менее яркие объекты.

Одним словом, я бы резюмировал так: все лучшие методы наземной астрономии сегодня реализованы на космическом телескопе «Джеймс Уэбб».

— NASA опубликовало первые снимки. В чем их особенность и уникальность?

— Самой первой была фотография далекого скопления галактик, причем поле зрения было сориентировано точно так же, как когда-то на снимке «Хаббла». Конечно, это было сделано специально, чтобы сравнить снимки. И признаюсь: «Уэбб» превзошел мои ожидания. Я был уверен, что качество съемки на новом телескопе будет чуть-чуть ниже или, в лучшем случае, таким же, как у «Хаббла». Дело в том, что съемка в инфракрасном, более длинноволновом диапазоне, естественно, дает более сильную дифракцию (размывание) света. Да, диаметр объектива больше, но и длина волны тоже больше. Это должно было примерно компенсировать друг друга. Оказалось, что четкость снимков «Уэбба» примерно вдвое выше, чем у «Хаббла». Тут надо, конечно, вспомнить историю «Хаббла». Когда в 1990 году его запустили, тут же выяснилось, что его зеркало сделано неверно. Завалили края, и оказалось, что оно вообще нерезко видит. Нужно было посылать ремонтные экспедиции на «шаттле», которые ввели в поле зрения телескопа дополнительные компенсаторы сферической аберрации главного зеркала и улучшили изображение. На самом деле «Хаббл» задумывался чуть-чуть более резким, контрастным, чем сейчас. Но что есть — то есть. Тридцать лет он проработал — и слава богу. «Уэбб» оказался лучше. Он видит более четко, видит дальше и собирает больше света. Там, где на фотографиях «Хаббла» вообще ничего нет, на фотографиях «Уэбба» мы видим дополнительные слабо светящиеся звезды и галактики. Это прорыв.

Планетарная туманность Южное Кольцо (NGC 3132), сфотографированная телескопом «Уэбб» в ближнем (слева) и среднем ИК-диапазонах. Источником газа планетарной туманности служит менее яркая звезда, которая лучше видна на правом снимке, поскольку ее излучение в видимом диапазоне заблокировано пылью. Это горячий (100 тыс. К) белый карлик, оставшийся после сброса оболочки состарившейся звездой. Его ультрафиолетовое излучение возбуждает свечение всей туманности. Второй, более яркий компонент этой пары звезд пока находится на более ранней стадии эволюции и в будущем, вероятно, выбросит собственную планетарную туманность

Я сразу обращу ваше внимание: мы еще неоднократно будем сравнивать снимки с того и другого телескопа. Думаю, «Хаббл» проработает еще несколько лет. Так вот: есть простой способ различить эти снимки. Всегда в поле зрения попадают одна-две яркие звезды. На снимках «Хаббла» у звезд четыре лучика, а на снимках «Уэбба» — шесть. Это связано с конструкцией телескопа. У «Хаббла» вторичное зеркало висит перед главным на двух перпендикулярных растяжках. Каждая такая растяжка дает дифракцию света в двух направлениях. Поэтому от каждой звезды идут четыре лучика. Конструкция «Уэбба» немного иная. Там не под прямым углом, а три растяжки под углами 60° и 150°. Каждая из них дает двойной дифракционный лучик. Поэтому появляется звездочка с шестью лучами — «снежинка». Если приглядеться более внимательно, то у ярких звезд на снимках «Уэбба» и «Хаббла» есть два дополнительных слабеньких лучика. Это особенность современных электронных приемников света, у которых при пересыщении потоком фотонов электроны начинают разбегаться в двух направлениях. Поэтому у «Уэбба» есть еще один интересный режим работы. Он немного расфокусирует изображение, и тогда эти лучики становятся почти незаметными. Они не очень яркие, их свет разбегается по поверхности, и они не очень мешают увидеть объекты рядом с яркой звездой.

Было еще несколько снимков, на которых засняты планетарная туманность, группа галактик Квинтет Стефана и молекулярные облака. Заметьте, что и здесь снимки «Уэбба» отличаются полупрозрачностью. «Хаббл» видел только поверхность галактики или поверхность молекулярного облака. Пыль не позволяла видимому и ультрафиолетовому свету выйти наружу. «Джеймс Уэбб», наблюдая в инфракрасном диапазоне, видит вглубь. Он видит и свет, исходящий из молекулярного облака, и свет от далеких объектов, проходящий сквозь молекулярное облако. В этом и есть удивительное свойство «Уэбба»: он видит вглубь запыленного пространства. И вглубь диска галактики, и вглубь молекулярного облака или планетарной туманности. Таким образом, «Хаббл» и «Уэбб» дополняют друг друга. Один видит поверхность, другой заглядывает вглубь.

Квинтет Стефана в созвездии Пегас — группа из пяти галактик, четыре из которых образуют компактную гравитационно связанную группу, а пятая (она слева) случайно проецируется на нее, находясь значительно ближе к нам. Пока это самое большое изображение «Уэбба» объемом 150 Мп и составленное почти из 1000 отдельных снимков в ближнем и среднем ИК-диапазонах. У верхней галактики в этой группе на снимке (NGC 7319) активное ядро, содержащее черную дыру массой 24 млн масс Солнца. Спектрографы «Уэбба» позволили детально изучить движение газа в этом активном ядре

— Создание телескопа — результат международного сотрудничества 17 стран. Во главе проекта стоит NASA, значительный вклад внесли Европейское и Канадское космические агентства. Принимала ли хоть какое-то участие в этом проекте Россия?

— Насколько мне известно, никакого формального участия, ни финансового, ни приборного, наша страна в проекте «Джеймс Уэбб» не принимала. Но это не означает, что наши астрономы не участвовали в этом проекте косвенным образом. Сегодня за рубежом работают многие мои коллеги. А те многочисленные приборы и методы, которые были воплощены на «Джеймсе Уэббе», — это заслуга всех астрономов. Например, мои коллеги создавали и отлаживали некоторые из этих методов на Земле. В целом получился отличный прибор. Знаете, некоторые расшифровывают аббревиатуру JWST как Just Wonderful Space Telescope («Просто замечательный космический телескоп»).

— Уже в первый день официального начала своей работы телескоп совершил открытие на экзопланете WASP-96b. В чем ценность этого открытия?

— То, что обнаружил «Уэбб» в спектре планеты-гиганта, ожидаемо. Планета расположена очень близко к звезде, атмосфера раскаленная, гигантская планета удерживает все газы, не отпускает от себя, и когда она проходила на фоне звезды, свет звезды, прошедший через верхние слои атмосферы планеты, продемонстрировал пары воды. Найти воду в космосе всегда приятно, особенно когда ищешь признаки жизни, но никакой жизни на этой планете быть не может, там вода только в виде пара. Однако само по себе важно, что спектроскопия высокого разрешения в инфракрасном диапазоне показывает множество интересных молекул. Для этого и создавался инфракрасный телескоп. В оптическом диапазоне заметно мало молекул, а в инфракрасном колебательные и вращательные уровни молекул представляют нам широкие возможности исследования.

Спектр горячей гигантской экзопланеты WASP-96 b, полученный телескопом «Уэбб» в ближнем ИК-диапазоне (0,6–2,8 мкм) с помощью бесщелевого спектрографа в период прохождения планеты на фоне ее звезды. Свет звезды при этом частично проходил через верхние слои атмосферы планеты. Затем из полученного спектра был вычтен «чистый» спектр звезды, чтобы получить спектр планетной атмосферы. Отмечены спектральные полосы поглощения паров воды, присутствующих в атмосфере планеты. Заметны признаки облаков и дымки

— Насколько я понимаю, это горячий юпитер. Будет ли «Джеймс Уэбб» заниматься поисками землеподобных планет?

— Здесь более сложная ситуация. Дело в том, что возможности «Уэбба» не позволяют рассмотреть детально землеподобные планеты. Все-таки звезды нас ослепляют. И хотя предприняты усилия для того, чтобы закрыть свет звезды с помощью коронографа, всё равно больших достижений в этом направлении не будет. Надежда только на транзитные прохождения, то есть прохождения планеты на фоне своей звезды, когда можно более точно измерить ее размер и скорость движения.

Но нужно помнить и о возможностях «Уэбба» внутри Солнечной системы. Далекие от Солнца объекты, за орбитой Нептуна, очень плохо отражают свет, их почти не видно в оптике. Они все темные, хорошо поглощают солнечный свет и переизлучают его в инфракрасном диапазоне. Поэтому многие астрономы, которые занимаются Солнечной системой, рассчитывают, что «Джеймс Уэбб» откроет далекие занептуновые объекты на расстоянии 150–200 астрономических единиц от Солнца, в поясе Койпера, и, может быть, дальше. И я знаю коллег, которые ждут открытия девятой планеты Солнечной системы. Ее можно будет заметить только в инфракрасном диапазоне.

— Общественность посмотрела картинки. Красиво, здорово. Стало понятно, куда же потратили десять миллиардов долларов. А что дальше?

— Я думаю, для публики «Джеймс Уэбб» будет не так интересен, как «Хаббл». С поверхности Земли мы получаем угловое разрешение около одной угловой секунды, а «Хаббл» давал в десять раз более четкие фотографии и этим радовал публику. «Джеймс Уэбб» не будет давать фотографии в десять раз более четкие, чем «Хаббл». Например, подробных фотографий экзопланет ожидать не следует. Это не по зубам современным телескопам. Дополнительных ярких картинок мы от «Уэбба» ждать не должны. Его задача в другом. Он будет давать научные результаты.

— Можете рассказать о них подробнее? Будут ли дальнейшие прорывы в космологии?

— «Хаббл» не может заглянуть слишком далеко в прошлое нашей Вселенной, потому что оттуда приходит, во-первых, очень слабый свет, во-вторых, очень сильно сдвинутый в красную сторону за счет расширения Вселенной. «Хаббл» здесь слепнет. «Уэбб» будет собирать больше света — площадь его зеркала в шесть раз больше. К тому же он увидит в инфракрасном диапазоне те объекты, которые уносятся от нас почти со скоростью света. Самые молодые объекты, которые видит «Хаббл», родились через полмиллиарда лет после Большого взрыва, а «Уэбб» должен увидеть объекты, родившиеся через 100–120 млн лет после Большого взрыва. Это самое первое поколение звезд. Это граница Темных веков, когда Вселенная была заполнена холодным газом. «Уэбб» заглянет дальше в пространство и в прошлое.

— У каждого аппарата есть свой срок службы. Какие телескопы придут на смену «Джеймсу Уэббу»?

— «Уэббу» гарантируют десять лет работы, а оптимисты говорят, что его приборы продержатся до тридцати лет. Я думаю, что аппаратура не откажет, но запасы топлива не бесконечны. Реактивные двигатели немного подправляют траекторию его полета, топливо тратится, хотя очень экономно.

Конечно, уже появилось большое количество новых проектов. Я расскажу о самом интересном, на мой взгляд. Мы уже говорили, что исследованию экзопланет мешает яркий свет их собственных звезд. Внутри телескопа довольно трудно отделаться от этого света. Вспомните, какие шикарные снимки солнечной короны выходят во время солнечного затмения и какие невзрачные фотографии мы получаем внутри внезатменного солнечного коронографа. Слишком много рассеянного света. Следующий интересный проект — космический телескоп с отдельным экраном, который после запуска отлетит от телескопа на несколько десятков тысяч километров, развернется, станет размером с футбольное поле и будет намертво закрывать собой свет тех звезд, рядом с которыми есть интересные экзопланеты, причем земного типа, то есть близко расположенные к звезде. Сам телескоп должен быть тоже немаленький, размером с «Хаббл», но зеркало более солидное, примерно четырехметрового диаметра. Такая двойная конструкция позволит нам изучать экзопланеты, может быть, даже получить приблизительную географию их поверхности. Это будет не четкий снимок поверхности, скорее восстановление географии в результате того, что любая планета вращается и яркость ее меняется в зависимости от того, океан или континент поворачивается в нашу сторону. Подобным образом мы сегодня восстанавливаем географию поверхности звезд, а перспективный телескоп сможет дать географию поверхности экзопланет. Очень интересно.

— А теперь свободный микрофон. О чем вам хотелось бы рассказать нашим зрителям и читателям?

— Очень часто спрашивают: если телескоп создан на деньги коллаборации нескольких стран, будут ли допущены астрономы других стран? Я уверен, здесь будет действовать тот же принцип, который уже тридцать лет работает в отношении телескопа «Хаббл»: 30% наблюдательного времени принадлежит создателям телескопа, американским астрономам, а остальные 70% честно распределяются между заявками, присланными астрономами из мирового сообщества, включая даже любителей, после соответствующей экспертизы. И наши астрономы, мои коллеги из ГАИШ, часто пользовались этой возможностью. Есть определенные правила: если вы подали заявку и космический телескоп получил результат, то вам дается полгода, чтобы обработать данные и опубликовать статью. Дальше эти данные выкладываются в свободный доступ, и любой астроном может ими пользоваться. Я уверен, похожая система будет на телескопе «Джеймс Уэбб». Астрономия интернациональна, мы считаем себя единым научным организмом, объект изучения у нас единый — звездное небо над головой, и мы, конечно, делимся всеми результатами.

— Большое спасибо за интересный и познавательный рассказ!

— Привет всем любителям астрономии! До свидания.

Посмотреть инфракрасным глазом

Команда новой космической обсерватории «Джеймс Уэбб», запуска которой ждали два десятилетия, опубликовала первый набор полученных ей научных данных и снимков и ученые всего мира считают, что это предвестник целой волны новых открытий в области астрофизики и космологии. Разбираемся, что именно нам показали, и сравниваем снимки двух титанов среди космических телескопов — «Хаббла» и «Джеймса Уэбба».

Открылась бездна

Вечером 11 июля президент США Джо Байден и глава NASA Билл Нельсон представили первый научный снимок «Джеймса Уэбба», который был назван «самым глубоким изображением Вселенной». В самом деле, лишь несколько ярких объектов на снимке являются звездами Млечного Пути, которые выдают себя дифракционными лучами. Все остальное — сотни и тысячи далеких галактик, некоторые из которых существовали в первый миллиард лет после Большого Взрыва.

Дифракционные лучи, которые возникают из-за опорных стоек вторичного зеркала в конструкции телескопа, позволяют легко отличить снимки «Хаббла» от снимков «Джеймса Уэбба», даже не разбираясь в астрономии. На снимках «Хаббла» лучей будет четыре, на снимках «Джеймса Уэбба» — шесть.

Целью наблюдений «Джеймса Уэбба» стал участок неба, в центре которого находится массивное скопление галактик SMACS 0723. Свет от скопления был испущен им, когда Солнечная система только сформировалась — 4,6 миллиарда лет назад. Для астрономов это скопление интересно, потому что гравитация скопления действует как телескоп. Видимые вокруг скопления яркие дуги представляют собой искаженные и усиленные по яркости изображения галактик, находящихся за скоплением, а видим мы их благодаря эффекту гравитационного линзирования, предсказанному Общей теорией относительности. Когда свет от галактики на пути к земному наблюдателю проходит вблизи скопления, то гравитация последнего искривляет траектории фотонов.

Снимок скопления SMACS 0723, полученный «Хабблом».

NASA, ESA, STScI

Снимок скопления SMACS 0723, полученный прибором NIRCam «Джеймса Уэбба»

NASA, ESA, CSA, STScI

Почему изображение «Джеймса Уэбба» выглядит красочнее, чем у «Хаббла»? Для начала вспомним про космологическое красное смещение (z) — линии в спектрах далеких галактик смещаются в длинноволновую область спектра по сравнению с такими же линиями в спектрах неподвижных для нас (например лабораторных) источников излучения. Связано это с расширением Вселенной. Измеряя точное значение z для далекого объекта, можно оценить, когда свет от него был испущен, а заодно — и расстояние до него на этот момент. Получается, что очень далекую галактику будет практически невозможно увидеть в оптическом диапазоне — ее излучение будет смещено в инфракрасный диапазон.

«Хаббл» ведет наблюдения, в основном, в оптическом диапазоне, захватывая лишь части ультрафиолетового и ближнего инфракрасного диапазонов спектра. «Джеймс Уэбб» захватывает лишь самый длинноволновой край оптического диапазона, и видит в основном в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах, где становятся видны очень далекие галактики, а также газовые облака и области звездообразования в более близких галактиках, формирующие их видимый «скелет». Добавим к этому большую собирающую площадь главного зеркала «Джеймса Уэбба» по сравнению с «Хабблом», и получим, что снимок новой обсерватории становится очень насыщенным разными объектами.

Действительно ли это ультраглубокое изображение Вселенной? Да, но с несколькими оговорками. Это самое глубокое и четкое инфракрасное изображение участка неба на сегодняшний день. Суммарное время экспозиции для данного снимка — 12,5 часов, было использовано 4 фильтра. Когда в NASA говорят о том, что «Джеймс Уэбб» превзошел «Хаббл», который затратил на съемку глубокого поля Hubble Extreme Deep Field недели, то это означает, что детализация в инфракрасном диапазоне у «Джеймса Уэбба» лучше, чем в случае глубоких полей «Хаббла». В случае же SMACS 0723, скопление наблюдалось «Хабблом» по разным программам несколько раз в период с 2008 по 2017 год, и общее время наблюдения составляло не недели, а почти сутки. Если же говорить о самом глубоком взгляде во Вселенную за всю историю наблюдений, то это реликтовое излучение, наблюдавшееся аппаратами COBE, WMAP и «Планк».

Снимки SMACS 0723, полученные приборами NIRCam (ближний инфракрасный диапазон, справа) и MIRI (средний инфракрасный диапазон, слева) «Джеймса Уэбба».

NASA, ESA, CSA, STScI

Помимо самого снимка были опубликованы спектры, полученные для некоторых самых тусклых галактик, найденных на нем. Свет от них шел до Земли от 11,3 до 13,1 миллиарда лет. Идентифицируя в них линии кислорода, мы можем сказать, что нашли атомы кислорода, существовавшие в те далекие времена, и они излучают так же, как и в Местной Вселенной, что показывает единство законов физики. А еще ученые выяснили, что видимые по краям скопления две яркие дуги, представляют собой изображения одной и той же линзируемой галактики, свет от которой шел до Земли 9,3 миллиарда лет. Дальнейший анализ спектров позволит оценить свойства газа в галактиках и свойства самих галактик и проверить модели их формирования и эволюции.

Линии кислорода, неона и водорода в спектре галактики, существовавшей 13,1 миллиарда лет назад.

NASA, ESA, CSA, STScI

Линии кислорода и водорода в спектрах далеких галактик, полученных «Джеймсом Уэббом».

NASA, ESA, CSA, STScI

Спектры двух линзированных изображений одной галактики, полученные «Джеймсом Уэббом».

NASA, ESA, CSA, STScI

Галактический ансамбль

Квинтет Стефана был первой известной компактной группой галактик, открытой в 1877 году. На самом деле саму группу образуют лишь четыре галактики (NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B и NGC 7319), расположенные на расстоянии около 290 миллионов световых лет от Солнца в созвездии Пегаса, а пятая галактика (NGC 7320) находится на расстоянии 40 миллионов световых лет от Солнца и только проецируется на группу для земного наблюдателя. Подобные компактные группы важны для астрономов, изучающих гравитационные взаимодействия и слияния галактик.

Снимок Квинтета Стефана, полученный «Хабблом».

NASA, ESA, Hubble Team

Снимок Квинтета Стефана, полученный приборами NIRCam и MIRI «Джеймса Уэбба».

NASA, ESA, CSA, STScI

Снимок Квинтета Стефана, полученный прибором MIRI «Джеймса Уэбба».

NASA, ESA, CSA, STScI

Данные наблюдений «Джеймса Уэбба» позволяют различить скопления молодых звезд и области звездообразования в галактиках, хвосты из газа, пыли и звезд, возникающие из-за взаимодействия галактик, а также огромную ударную волну, порождаемую галактикой NGC 7318B. Помимо них заметны и очень далекие фоновые галактики.

Звездная колыбель

Одним из важнейших вопросов в астрофизике является понимание механизмов формирования звезд, и области звездообразования, связанные с огромными газопылевыми облаками, представляют отличные цели для подобного рода исследований. В качестве первой цели для «Джеймса Уэбба» среди областей звездообразования был выбран участок туманности Киля, расположенной в 7,6 тысячи световых лет от Солнца и содержащей несколько рассеянных скоплений.

Снимок участка туманности Киля, полученный «Хабблом».

NASA, ESA, The Hubble Heritage Team (STScI / AURA)

Снимок участка туманности Киля, полученный прибором NIRCam «Джеймса Уэбба».

NASA, ESA, CSA, STScI

На снимках видны «Космические скалы» — так ученые прозвали кромку газопылевого облака, где в плотных глобулах формируются новые звезды. За форму самого облака отвечает звездный ветер от массивных звезд, расположенных в верхней части кадров. Изучая подобные изображения можно отыскать пылевые диски вокруг звезд, где могут формироваться планеты, а также проследить жизнь молодых звезд на самых ранних этапах их жизни, которые могут занимать от 50 до 100 тысяч лет — по меркам звезд это мгновение.

Снимок участка туманности Киля, полученный приборами NIRCam и MIRI «Джеймса Уэбба».

NASA, ESA, CSA, STScI

Звездный труп

Туманность NGC 3132 или «Южное кольцо» представляет собой типичную планетарную туманность, в которую в финале своей жизни превратится и наше Солнце. Однако в ее центре находится не только белый карлик, бывший некогда ядром звезды, но и еще живая звезда-компаньон, которая в будущем тоже породит планетарную туманность. Ультрафиолетовое излучение от белого карлика заставляет светиться сброшенные внешние газовые оболочки погибшей звезды. Диаметр туманности составляет почти половину светового года, а расположена туманность примерно в 2,5 тысячах световых лет от Солнца.

Снимок туманности «Южное Кольцо», полученный «Хабблом».

STScI, AURA, NASA

Снимок туманности «Южное Кольцо», полученный прибором NIRCam «Джеймса Уэбба».

NASA, ESA, CSA, STScI

Снимок туманности «Южное Кольцо», полученный прибором MIRI «Джеймса Уэбба».

NASA, ESA, CSA, STScI

Данные наблюдений «Джеймса Уэбба» позволили увидеть в полной мере сложную структуру туманности из нескольких оболочек. Каждая из оболочек соответствует эпизоду потери массы умиравшей звездой, при этом ее компаньон, окруженный пылевым облаком, своим движением вокруг общего центра масс двойной системы влиял на структуру туманности. Создав в дальнейшем трехмерную модель туманности, ученые могут понять, как именно она сформировалась.

Атмосфера экзопланеты

Спектр атмосферы WASP-96b, полученный «Джеймсом Уэббом», и его сравнение с модельным спектром.

NASA, ESA, CSA, STScI

Кривая блеска родительской звезды WASP-96 во время события транзита экзопланеты.

NASA, ESA, CSA, STScI

Помимо снимков космоса были опубликованы первые результаты спектрометрии атмосферы экзопланеты. В качестве первой цели был выбран открытый в 2013 году горячий сатурн WASP-96b, который совершает один оборот вокруг своей звезды за 3,5 земных дня, легче Юпитера в два раза, однако больше него по диаметру в 1,2 раза. Находится этот экзогигант в 1150 световых годах от Солнца в созвездии Феникса. Сочетание размеров экзопланеты, короткого орбитального периода и отсутствия светового загрязнения от близлежащих объектов, сделало WASP-96 b идеальной целью для первых наблюдений.

«Джеймс Уэбб» вел наблюдения за WASP-96b в диапазоне волн от 0,6 до 2,8 микрометра, используя метод трансмиссионной спектроскопии. Когда экзопланета оказывается между земным наблюдателем и звездой во время события транзита, часть излучения светила проходит сквозь атмосферу планеты и поглощается различными химическими элементами, что отражается в получаемых спектрах и позволяет определить примерный состав атмосферы.

Результаты наблюдений оказались неожиданными. До недавнего времени считалось, что WASP-96b обладает безоблачной атмосферой — по крайней мере, на это указывала форма спектрального профиля натрия, определенная по данным наблюдений наземных телескопов. Однако данные «Джеймса Уэбба» говорят о том, что облака и дымка в атмосфере все же есть, как и следы водяного пара.

И даже Солнечная система

Снимки Юпитера, полученные «Джеймсом Уэббом».

NASA, ESA, CSA, STScI

В поле зрения «Джеймса Уэбба» попала и самая большая планета Солнечной системы во время первых наблюдений. Однако они носили не совсем научный характер — ученым было интересно, как прибор NIRCam будет отслеживать быстро движущиеся цели, и как датчик точного наведения будет отслеживать опорные звезды рядом с яркой планетой.

Результаты наблюдений порадовали ученых и совпали с данными предполетных моделирований, а мы можем увидеть Юпитер на двух разных длинах волн — 2,12 (фильтр F212N) и 3,23 микрометров (фильтр F323N). Рядом с Юпитером видны его спутники (Европа, Фива и Метида), кроме того заметны широтные пояса в атмосфере газового гиганта, знаменитый ураган Большое Красное Пятно и даже кольцо Юпитера.

Александр Войтюк

В ограбленном погребении знатной сакской женщины нашли бляшки из ископаемых моллюсков

«Индженьюити» намусорил на Марсе

TESS увидел очень глубокий транзит экзогиганта по красному карлику

Под давлением

Чего не выдержало открытие комнатной сверхпроводимости

Телескоп Джеймс Уэбб — орбитальная обсерватория

Текст Кирилл Сидоров

Новый орбитальный телескоп «Джеймс Уэбб», более совершенный последователь «Хаббла», запуск которого назначен на конец 2021 года, призван ответить на многие вопросы ученых, остающиеся тайной за семью печатями. При этом один из главных вопросов — есть ли во Вселенной миры, пригодные для жизни. Рассказываем, как устроен космический телескоп «Джеймс Уэбб» и какие еще цели он должен будет выполнить в космосе

Космический телескоп имени Джеймса Уэбба представляет собой орбитальную инфракрасную обсерваторию, которая должна сменить на «космическом посту» телескоп «Хаббл». Изначально «Джеймс Уэбб», идея строительства которого возникла в 1996 году, имел другое наименование, а именно — «Космический телескоп нового поколения» (Next-generation space telescope). Но в 2002 году ему присвоили имя второго руководителя НАСА Джеймса Уэбба, при котором была реализована программа «Аполлон». Планируется, что телескоп будет работать на гало-орбите в точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля.

Из чего состоит «Джеймс Уэбб»

Аппарат создан двумя американскими компаниями — Northrop Grumman и Bell Aerospace, при этом в строительстве телескопа задействованы 17 стран во главе с НАСА и при активном участии Европейского и Канадского космических агентств.

Новый телескоп весит чуть больше шести тонн (6,2, если быть точными), в длину достигает 20 метров. Его самая крупная деталь — противосолнечный щит, созданный из полимерной пленки и покрытый тонким слоем алюминия с одной стороны и металлическим кремнием с другой. Основная задача щита — предотвращать тепловую атаку солнца на дорогостоящую аппаратуру. Для этого он поделен на несколько слоев, заполненных вакуумом, с помощью которого удается остужать матрицы до -220°C.

«Сердце» аппарата — составное зеркало, предназначение которого — фокусировать и выпрямлять пучки света на детекторах. В собранном виде оно занимает 6,5 метра в диаметре и состоит из 18 блоков. В раскрытом виде — после выхода телескопа на орбиту — площадь зеркала составляет 25 м². Сделано оно из бериллия — дорогостоящего твердого металла светло-серого цвета и покрыто тонким слоем золота, которое улучшает показатели отражения инфракрасного излучения в диапазоне 0,6—29 мкм.

Кстати, насчет стоимости. Проект оценивается в 9,815 миллиардов долларов, однако это пока не конечная цифра, так как эксплуатация телескопа естественным путем увеличит ее. Эксплуатация должна начаться в конце 2021 года — аппарат будет доставлен на свое «рабочее место» с помощью ракеты «Ариан-5», а уже первые данные будут переданы ученым в начале 2022 года. Предполагается, что космический телескоп прослужит примерно 10 лет (по крайней мере, на столько должно хватить запаса хладагента).

Где будет работать телескоп

Предшественник «Джеймса Уэбба», телескоп «Хаббл» располагается на низкой околоземной орбите на высоте примерно 570 километров и вращается вокруг Земли. Принципиальное отличие нового телескопа заключается в том, что его командируют на гало-орбиту в точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля и он будет вращаться вокруг Солнца. То есть Земля не будет создавать помехи и заслонять «Джеймсу Уэббу» звезды, как это происходит в случае «Хаббла».

Однако в этой ситуации есть и обратная сторона: удаленность от Земли влияет на возможности контролировать объект, а также увеличивает шансы потерять с ним связь. Именно поэтому «Джеймс Уэбб» будет вращаться вокруг Солнца синхронно с Землей на удалении в 1,5 миллиона километров в противоположную сторону от светила. То есть любые поломки оборудования можно будет устранять только дистанционно, к сожалению, приблизить к околоземной орбите телескоп не получится. С этим связаны постоянные отсрочки запуска, так как тестирование телескопа растянулось на несколько лет, притом что изначально «Джеймс Уэбб» должен был быть запущен в космос в 2014 году. Ученые пытаются предотвратить различные поломки, сделав аппарат сверхнадежным. 26 августа 2021 года НАСА завершило все испытания и отправило телескоп на космодром Куру для запуска, который был запланирован на ноябрь текущего года. Однако инцидент, связанный с произвольным размыканием замковой ленты, удерживающей прибор и адаптер вместе, которое должно происходить уже в космосе, отодвинул старт на конец декабря.

Какие задачи стоят перед новым телескопом

Объекты, расположенные в космосе, нагреваются до определенной температуры и излучают энергию в инфракрасном спектре. При этом чем выше температура нагревания, тем короче длина волны и интенсивнее излучение инфракрасного света. Телескоп будет изучать тепловое излучение так же, как и его предшественник. Однако у нового телескопа есть ряд преимуществ, связанных в первую очередь с эволюцией оборудования. Так, аппаратура, которой оснащен новый прибор, позволит ему увидеть очень древние объекты вселенной — первые звезды, галактики, а также скопления галактик. «Уэбб» сможет определить плотность экзопланет, их потенциальную пригодность для жизни, при чем он будет обнаруживать экзопланеты, удаленные от Земли на расстояние до 15 световых лет. Кроме того, еще одна задача нового телескопа — исследовать около трехсот атмосфер разных экзопланет.

Отдельная цель «Джеймса Уэбба» — поиск первых поколений звезд, появившихся сразу после Большого взрыва. Этих звезд уже не существует, однако свет от них все еще «бороздит просторы Вселенной». При этом движущийся в течение миллиардов лет свет может претерпевать изменения или даже поглощаться пылевыми облаками. Еще телескоп «Джеймс Уэбб» сможет заглянуть в такие уголки, которые не были изученные ранее, а также места, где рождаются звезды. Таким образом, основные задачи, которые призван решить новый телескоп — изучение самых древних звезд и галактик, поиск экзопланет с признаками жизни, исследование так называемых «звездных колыбелей», должны серьезно подвинуть вперед научную мысль.

Читайте также историю создания первого персонального компьютера:

Какими инструментами оснащен телескоп

Глазами «Джеймса Уэбба» считается камера ближнего инфракрасного диапазона NIRCam, с помощью которой ученые планируют увидеть свет от самых ранних объектов Вселенной, очаги темной материи и многое другое. NIRCam представляет собой комплекс ртутно-кадмиево-теллуровых сенсоров с рабочим диапазоном камеры – от 0,6 до 5 микрометров. Кроме того, она оборудована коронографом, позволяющим подавлять свет далеких звезд, чтобы увидеть вокруг них планеты.

Самым чувствительным прибором в инструментарии телескопа является MIRI — прибор среднего инфракрасного диапазона, оснащенный камерой с разрешением 1024×1024 пикселя, а также спектрографом. С помощью мышьяко-кремниевых детекторов прибора ученые планируют увидеть красное смещение очень далеких галактик, а также заглянуть «за пояс» Койпера и изучить «девятую планету Солнечной системы» — гипотетическую планету Х.

NIRSpec — спектрограф ближнего инфракрасного диапазона позволит аккумулировать сведения о физических свойствах объектов и их химическом составе. NIRSpec состоит из множества ячеек с микрозатворами, которые имеют автономное управление, что позволяет сосредоточиться на конкретном изучаемом объекте, отсеивая всю остальную — ненужную информацию.

Дуэт приборов FGS/NIRISS — состоит из датчика точного наведения и устройства создания изображения в ближнем инфракрасном диапазоне с бесщелевым спектрографом. Устройства отвечают за фокусировку и анализ состояния телескопа, необходимый на начальном этапе орбитальных испытаний. Впоследствии FGS/NIRISS будут полезными в вопросах обнаружения и изучения экзопланет. Например, камера FGS умеет считывать информацию 16 раз в секунду с небольших групп пикселей размером 8×8. Это позволяет определять опорную звезду с вероятностью в 95% в любом месте Вселенной.

Предполагается, что аппаратура, установленная на космическом телескопе «Джеймс Уэбб», будет передавать на Землю научные данные со скоростью 28 Мбит/с.

Почему новейшими и дорогостоящими марсоходами управляют устаревшие процессоры:

Использованные источники: NASA GSFC / CIL / Adriana Manrique Gutierrez, NASA / JWST / Chris Gunn, NASA / JWST / Northrop Grumman, NASA / JWST / Chris Gunn, NASA, ESA-M.Pedoussaut, NASA / JWST, ESA, NASA / GSFC / Chris Gunn

Телескоп «Джеймс Уэбб» сделал самое четкое изображение далекой Вселенной

Войти

Еще v
- vtomske.ru
- Погода
- Объявления
- Почта
- Телевизор
- Недвижимость
- Работа
- 33 купона
- Гороскопы
- Финансы
02:50 Вторник
04 октября, 2022
Архив
4октября
январяфевралямартаапрелямаяиюняиюляавгустасентябряоктябряноябрядекабря
2022
202220212020201920182017201620152014201320122011201020092008
ПнВтСрЧтПтСбВс
Перейти
Камеры
Томск онлайн
Работа
Вакансия журналиста
- Новости
- Подробности
- Угол зрения
- Интервью
- Фото
- Сюжеты и проекты
- Статьи
- Коронавирус
- Камеры
- Прислать новость
- Томск
- Мир
- Россия
- Авто
- Спорт
- Политика
- Экономика
- Происшествия
- Технологии
- Отдых
- Замечено в Сети
12 июля 14:58Прочтений: 4890Томск, Мир, Наука
NASA, ESA, CSA, STScI
Космический телескоп «Джеймс Уэбб», запущенный в конце 2021 года на смену «Хабблу», передал самое четкое и детальное инфракрасное изображение далекой Вселенной. Это один из первых полноцветных снимков, переданных телескопом. Снимок опубликовало NASA.
Как рассказали в космическом агентстве США, опубликованное изображение состоит из нескольких снимков, сделанных инфракрасной камерой телескопа (NIRCam). Съемка в общей сложности шла 12,5 часа.
Фотография показывает скопление галактик SMACS 0723, «каким оно было 4,6 миллиарда лет назад».
«Объединенная масса этого галактического скопления действует как гравитационная линза, увеличивая гораздо более далекие галактики за ней. Камера NIRCam сфокусировалась на этих далеких галактиках — у них есть структуры, которые никогда раньше не наблюдались, включая звездные скопления», — отметили в NASA.
Изображение, по заявлению агентства, «покрывает участок неба размером примерно с песчинку, которую кто-то на Земле держит на расстоянии вытянутой руки».
Напомним, «Джеймс Уэбб» был запущен в космос 25 декабря 2021 года на смену телескопу «Хаббл». «Джеймс Уэбб» является самым крупным космическим телескопом с самым большим зеркалом из когда-либо запущенных человечеством. Над его созданием работали несколько организаций — Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), Европейское космическое агентство (ESA) и Канадское космическое агентство (CSA).
Основными задачами «Джеймса Уэбба» являются обнаружение света первых звезд и галактик, изучение их формирования и развития, а также обнаружение экзопланет и изучение малых тел Солнечной системы.
Дарья Бердникова
Следите за нашим Telegram, чтобы не пропускать самое интересное
Самое обсуждаемое
Договоры о присоединении новых территорий к России подпишут 30 сентября60
Томичам предлагают связать носки для российских солдат на Украине, чтобы укрепить их иммунитет50
Мемориальную доску установили в шегарской школе погибшему на Украине выпускнику44
Приняты новые меры поддержки для семей мобилизованных томичей39
Митинг-концерт в поддержку присоединения к России новых территорий прошел в Томске34
Томск усилит меры безопасности в школах после трагедии в Ижевске33
Еще одну группу мобилизованных жителей Томской области отправили на службу27
Жители Томской области собирают для мобилизованных одежду и средства гигиены26
ТТУ: износ трамваев Томска составляет 90%, троллейбусов — 100%25
Мазура просят рассказать, где мобилизованные жители Томской области будут проходить службу24
Томск
21:25Без отопления в Томске остаются 104 дома
18:37Госдума ратифицировала договоры о включении в состав России новых территорий
18:00Семьи мобилизованных томичей могут узнать о получении матпомощи по горячей линии
17:25Синоптики прогнозируют накопление вредных веществ в воздухе Томска 3-4 октября
16:35Участок ул. Розы Люксембург в Томске перекроют почти на сутки
Новости СМИ, 18+
Нашли опечатку — Ctrl+Enter
Редакция новостей: (3822) 902-904
- © 2007 — 2022
  ООО «Редвикс Медиа»
- Регистрационный номер
  Эл № ФС 77-72404
  зарегистрировано Роскомнадзором
- Мобильная версия
- О проекте Контакты
- Размещение рекламы
- Пользовательское соглашение
- Запрещено для детей. 18+
- vtomske.ru
- Погода
- Объявления
- Почта
- Телевизор
- Недвижимость
- Работа
- 33 купона
- Гороскопы
- Финансы
Публикации с пометкой «На правах рекламы», «Новость компании», «Источник: пресс-служба», «Партнерский материал», «Информационное сотрудничество» публикуются на коммерческих условиях и оплачены рекламодателями. Редакция сайта не несет ответственности за достоверность информации, содержащейся в рекламных материалах.
Использование материалов сайта разрешено только с письменного разрешения редакции. При использовании материалов необходимо указывать источник vtomske.ru. Гиперссылка обязательна.
Уэбб, Хаббл наблюдал, как DART врезался в астероид
01:05
— Источник:
CNN Business
«У нас есть влияние»: DART успешно сталкивается с астероидом Диморфос
Подпишитесь на информационный бюллетень CNN по теории чудес. Исследуйте вселенную, получая новости об удивительных открытиях, научных достижениях и многом другом .

Си-Эн-Эн
—

На этой неделе два самых мощных телескопа в космосе наблюдали, как космический корабль НАСА преднамеренно врезался в астероид.
Космический телескоп Джеймса Уэбба и космический телескоп Хаббла сделали снимки момента, когда в понедельник космический корабль DART врезался в Диморфос. Изображения были опубликованы в четверг.
Обе обсерватории были свидетелями первого испытания человечеством технологии отклонения астероидов. Хотя ни Диморфос, ни Дидимос, более крупный астероид, вокруг которого он вращается, не представляют угрозы для Земли, система двойных астероидов была идеальной целью для космического корабля DART, чтобы попытаться немного изменить движение астероида.
Изображения Уэбба и Хаббла можно использовать, чтобы узнать больше о поверхности Диморфоса, которую никогда не видели до тех пор, пока эти подробные изображения, собранные DART, не были отправлены обратно с космического корабля в понедельник. Наблюдения с помощью телескопа также могут пролить свет на то, сколько вещества было выброшено с поверхности астероида в момент удара и как быстро оно было выброшено.
Оба телескопа рассматривают Вселенную в разных длинах волн света, что может показать, было ли облако материала просто заполнено пылью или включало в себя более крупные куски камня.
Космический телескоп Джеймса Уэбба зафиксировал тонкий материал, улетающий от Диморфоса после удара.
НАСА/ЕКА/CSA
Ученые будут использовать наблюдения Уэбба и Хаббла, а также наземные телескопы, чтобы определить, удалось ли DART изменить движение астероида.
cms.cnn.com/_components/paragraph/instances/paragraph_B133FDFC-3F43-6EEB-28B6-89B4763BB528@published» data-editable=»text» data-component-name=»paragraph»>
Телескоп Уэбба не был предназначен для отслеживания быстрых астероидов , но команда обсерватории смогла зафиксировать Диморфос и сделать 10 изображений астероида. Камера ближнего инфракрасного диапазона Уэбба использовалась для наблюдения за тонкими шлейфами материала, улетающими от точки удара. Другие инструменты Уэбба будут наблюдать за астероидом в будущем, чтобы раскрыть дополнительную информацию о его составе.
Хаббл наблюдал за Диморфосом с помощью широкоугольной камеры 3 до столкновения, а также через 15 минут после столкновения, чтобы наблюдать, как события разворачиваются в видимом свете. Обсерватория сделала 45 снимков.
На этих изображениях, сделанных космическим телескопом Хаббла, видны расширяющиеся шлейфы вещества, поднимающиеся над Диморфосом.
НАСА/ЕКА/CSA
Материал, распыленный в результате удара, выглядит как лучи, испускаемые астероидом. Самый очевидный пик слева — это место, где DART попал в астероид. Но астрономы заметили, что некоторые лучи кажутся слегка изогнутыми, и они хотят изучить их, чтобы определить, почему.
Судя по тому, что заснял Хаббл, Дидимос стал в три раза ярче после удара и оставался стабильным даже через восемь часов.
Хаббл продолжит следить за Диморфосом в течение следующих трех недель, чтобы увидеть, как шлейф со временем расширяется и рассеивается.
АСИ/НАСА
Новые изображения показывают момент столкновения с астероидом DART, снятый итальянским спутником
Во вторник были опубликованы первые изображения с наземных телескопов и итальянского LICIACube, спутника размером с обувную коробку, который следовал за миссией DART.
Вместе данные из стольких разных точек зрения о столкновении будут информировать другую миссию, намеревающуюся направиться к месту столкновения.
В 2024 году миссия Европейского космического агентства Hera будет запущена для детального изучения системы двойных астероидов.
«Мы с нетерпением ждали удара DART более 17 лет, и очень интересно увидеть его глазами величайших космических обсерваторий Webb и Hubble», — сказал в своем заявлении Ян Карнелли, руководитель миссии Hera. «Эти изображения дают нам представление о том, что произошло в первые часы после удара, и ясно, что происходит гораздо больше, чем мы предвидели».
Первые взгляды JWST на ранние галактики могут изменить космологию
Рохан Найду сидел дома со своей девушкой, когда обнаружил галактику, которая чуть не сломала космологию. Когда его алгоритм просматривал ранние изображения с космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) поздно ночью в июле, Найду привлек к себе внимание. Он отсеял объект, который при ближайшем рассмотрении оказался необъяснимо массивным и возник всего через 300 миллионов лет после Большого взрыва, старше любой галактики, которую когда-либо видели. «Я сразу же позвонил своей девушке, — говорит Найду. «Я сказал ей: «Возможно, это самый далекий звездный свет, который мы когда-либо видели». Несколько дней спустя они опубликовали статью о галактике-кандидате, которую назвали GLASS-z13. Интернет взорвался. «Это разнеслось по всему миру», — говорит Найду. Даже Капитан Америка поделился бы этой историей в Твиттере.
Необычайное открытие этой галактики всего за несколько недель до начала работы JWST превзошло самые смелые мечты астрономов. JWST — крупнейшая и самая мощная обсерватория, когда-либо запущенная с Земли, — была построена специально для того, чтобы революционизировать наше понимание Вселенной. Расположенный в 1,5 миллионах километров от земных помех, охлаждаемый на расстоянии удара абсолютного нуля своим солнцезащитным козырьком размером с теннисный корт, гигантское сегментированное зеркало телескопа и исключительно чувствительные инструменты были разработаны, чтобы раскрыть невиданные ранее детали космического рассвета. Это едва изученная эра — не более чем через несколько сотен миллионов лет после самого Большого взрыва, — в которую слились самые первые звезды и галактики. То, как именно разворачивался этот процесс, зависит от колдовского зелья экзотической физики, начиная от неопределенного влияния темной материи и темной энергии и заканчивая плохо изученными обратными связями между звездным светом, газом и пылью. Взглянув на галактики космического рассвета с помощью JWST, космологи могут проверить свои знания обо всех этих лежащих в их основе явлениях, либо подтвердив достоверность своих лучших согласованных моделей, либо выявив пробелы в понимании, которые могут предвещать новые глубокие открытия.
Такие наблюдения должны были занять время; первоначальные прогнозы предполагали, что первые галактики будут настолько маленькими и слабыми, что JWST найдет в лучшем случае несколько интригующе удаленных кандидатов в своих экспериментальных исследованиях. Все пошло не так, как планировалось. Вместо этого, как только ученые телескопа опубликовали свои самые первые изображения далекой Вселенной, такие астрономы, как Найду (из Массачусетского технологического института), начали находить внутри них многочисленные галактики, которые по очевидному возрасту, размеру и светимости превзошли все предсказания. Конкуренция за открытия была жесткой: казалось, с каждым новым днем от той или иной исследовательской группы появлялись претензии на еще одну рекордную «самую раннюю из известных галактик». «Все были в бешенстве, — говорит Шарлотта Мейсон, астрофизик из Копенгагенского университета. «Мы действительно не ожидали этого».
В течение нескольких недель и месяцев после того, как JWST обнаружил удивительно зрелые «ранние» галактики, слепые теоретики и наблюдатели пытались их объяснить. Могло ли собрание аномально больших и ярких ранних галактик быть иллюзорным, возможно, из-за ошибок в анализе первоначальных наблюдений телескопа? Если они подлинные, можно ли их как-то объяснить стандартными космологическими моделями? Или, может быть, это были первые намеки на то, что Вселенная более странная и сложная, чем предполагали даже наши самые смелые теории?
На карту поставлено не что иное, как само наше понимание того, как известная нам упорядоченная Вселенная возникла из изначального хаоса. Ранние откровения JWST могут быть готовы переписать первые главы космической истории, которые касаются не только далеких эпох и далеких галактик, но и нашего собственного существования здесь, в знакомом Млечном Пути. «Вы строите эти машины не для подтверждения парадигмы, а для того, чтобы ее разрушить», — говорит ученый JWST Марк Маккориан, старший советник по науке и исследованиям в Европейском космическом агентстве. — Ты просто не знаешь, как он сломается.
Deep Looks for Cosmic Dawn
Можно сказать, что наблюдения JWST за ранними галактиками длились миллиарды лет, но более скромно они восходят к Научному институту космического телескопа (STScI) в Балтиморе в 1985 году. Космическому телескопу Хаббл оставалось еще пять лет до запуска на космическом челноке. Но Гарт Иллингворт, в то время заместитель директора STScI, однажды был удивлен, когда его начальник, тогдашний директор STScI Риккардо Джаккони, попросил его уже начинать думать о том, что будет после Хаббла гораздо дальше по дороге. «Я протестовал, говоря, что у нас более чем достаточно дел на Хаббле», — вспоминает Иллингворт. Но Джаккони был настойчив: «Поверьте мне, это займет много времени», — сказал он. Итак, Иллингворт и несколько других приступили к работе, разрабатывая концептуальные идеи для того, что тогда было известно как Космический телескоп следующего поколения (NGST), позже переименованный в JWST в честь бывшего администратора НАСА.
Хотя «Хаббл» должен был стать революционным, астрономы знали, что его возможности будут ограничены наблюдениями в видимом свете. Когда свет из очень далекой галактики проходит через космическую бездну, он растягивается из-за расширения Вселенной — расширения длин волн, известного как красное смещение. Чем выше значение красного смещения, тем больше растягивается свет, и, следовательно, тем дальше будет его исходная галактика. Красное смещение для ранних галактик настолько велико, что испускаемый ими видимый свет к тому времени, когда он попадает в наши телескопы, растягивается до инфракрасного; вот почему Хаббл не мог их видеть. Для сравнения, NGST будет вести наблюдения в инфракрасном диапазоне и может похвастаться очень большим (и очень холодным) зеркалом, собирающим звездный свет, что позволит ему заглянуть гораздо глубже во Вселенную. «Все понимали, что Уэбб станет телескопом для наблюдения за ранними галактиками, — говорит Иллингворт. «Это стало основной целью науки».
Необходимость в телескопе возникла в декабре 1995 года, когда астрономы направляли Хаббл на, казалось бы, пустой участок неба в течение 10 дней подряд. Многие эксперты предсказывали, что расширенное наблюдение будет пустой тратой ресурсов, обнаружив в лучшем случае горстку тусклых галактик, но вместо этого усилия были щедро вознаграждены. Полученное изображение, Глубокое поле Хаббла, показало, что «пустое» место на самом деле было заполнено тысячами галактик, уходящих в прошлое на 12 миллиардов лет из 13,8-миллиардной истории нашей Вселенной. «Повсюду были галактики», — говорит Иллингворт, ныне астрофизик Калифорнийского университета в Санта-Круз. Глубокое поле Хаббла показало, что ранняя Вселенная была даже более многолюдной и захватывающей, чем многие ожидали, предлагая наблюдательные сокровища тем, кто нашел время и заботился о том, чтобы как следует изучить. Тем не менее, каким бы впечатляющим ни было «Глубокое поле» Хаббла, астрономы хотели большего.
После более чем двух десятилетий работы стоимостью около 10 миллиардов долларов JWST наконец был запущен в Рождество 2021 года. К июлю 2022 года телескоп достиг своей цели в дальнем космосе, а его инструменты прошли испытания; может начаться его долгожданный первый год научных наблюдений, известный как Цикл 1. Часть раннего времени телескопа была посвящена высокоэффективным программам по ряду дисциплин, данные из которых будут немедленно обнародованы. Два из них, CEERS (Научный обзор космической эволюции) и GLASS (Гризмовский обзор из космоса с усилением линзы), каждый независимо потратил бы десятки часов на поиск далеких галактик в ранней Вселенной, глядя на отдельные небольшие части галактики. небо. Ожидалось немногое — возможно, чуть более богато украшенная версия «Глубокого поля Хаббла», но не более того. Стивен Финкельштейн из Техасского университета в Остине, руководитель CEERS, говорит, что появление чрезвычайно далеких галактик было предсказано только «после нескольких циклов данных» из нескольких программ.
Вместо этого, к большому удивлению астрономов, такие галактики сразу же оказались в поле зрения. Рекордом Хаббла для самой далекой из известных галактик была GN-z11, обнаруженная в 2015 году с красным смещением 11 благодаря обновлению телескопа в 2009 году, которое расширило его скромные инфракрасные возможности. Красное смещение 11 соответствует космическому возрасту около 400 миллионов лет, точке на грани, когда, как считалось, началось формирование галактики. Но из самых первых данных GLASS две команды — одна во главе с Найду в том захватывающем позднем открытии — независимо друг от друга нашли кандидата на более далекую галактику, получившую название GLASS-z13, с красным смещением 13 — примерно на 70 миллионов лет раньше. во время. Стремясь получить быстрые результаты, исследователи полагались на оценки красного смещения, полученные на основе простых измерений яркости. Их легче получить, но они менее точны, чем прямые измерения красного смещения, требующие больше времени для наблюдений. Тем не менее, упрощенный метод может быть точным, и здесь он предложил галактику, которая была неожиданно яркой и большой, уже имеющей массу звезд в миллиард солнц, всего в несколько сотен раз меньше, чем у Млечного Пути, несмотря на нашу собственную галактику. будучи на миллиарды лет более зрелыми. «Это превзошло наши самые оптимистичные ожидания», — говорит Томмазо Треу, астроном из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и руководитель проекта GLASS.
Хотя это небольшое красноватое скопление (в квадратной рамке внизу справа) может показаться не особо интересным, оно может быть одной из самых ранних когда-либо наблюдаемых галактик, появившихся менее чем через 400 миллионов лет после Большого взрыва. Обнаруженная в наблюдениях JWST, собранных коллаборацией CEERS, она была названа «галактикой Мэйси» в честь дочери руководителя проекта CEERS Стивена Финкельштейна. Авторы и права: НАСА/STScI/CEERS/TACC/S. Финкельштейн/М. Бэгли/З. Leway
Рекорд продержался недолго. В последующие дни в поле зрения появились десятки галактик-кандидатов из CEERS и GLASS с предполагаемым красным смещением до 20 — всего через 180 миллионов лет после Большого взрыва — некоторые из них имели дискообразные структуры, появление которых в космической истории не ожидалось на столь раннем этапе. Тем временем другая команда нашла свидетельства существования галактик размером с наш Млечный Путь с красным смещением 10, менее чем через 500 миллионов лет после Большого взрыва. Такие гиганты, возникающие так быстро, бросают вызов ожиданиям, установленным стандартной космологической моделью эволюции Вселенной. Эта модель, получившая название Lambda CDM (LCDM), включает в себя лучшие оценки ученых свойств темной энергии и темной материи, которые в совокупности влияют на возникновение крупномасштабных космических структур. («Лямбда» относится к темной энергии, а «CDM» относится к темной материи, которая относительно медлительна или «холодна». ) «Даже если вы взяли все, что было доступно для образования звезд, и мгновенно щелкнули пальцами, вы все равно не быть в состоянии стать таким большим так рано», — говорит Майкл Бойлан-Колчин, космолог из Техасского университета в Остине. «Это была бы настоящая революция».
Назад к чертежной доске
Чтобы понять дилемму, необходимо краткое напоминание: в первую секунду после Большого взрыва наша Вселенная представляла собой невероятно горячий и плотный суп из первобытных частиц. В течение следующих трех минут по мере расширения и охлаждения космоса начали формироваться ядра гелия и других очень легких элементов. Перенесемся на 400 000 лет вперед: Вселенная была достаточно холодной для появления первых атомов. Теоретики говорят, что когда Вселенной было около 100 миллионов лет, условия для появления первых звезд наконец сложились. Эти гигантские огненные шары, состоящие в основном из водорода и гелия, еще не были загрязнены более тяжелыми элементами, такими как современные звезды, и поэтому обладали совершенно другими свойствами. Эти первые солнца, крупнее и ярче современных звезд, объединились в протогалактики — скопления газа, которые цеплялись за огромные невидимые каркасы темной материи. Гравитация руководила последующими взаимодействиями между этими протогалактиками, которые в конечном итоге слились в более крупные галактики. Считается, что этот процесс становления, когда хаос ранней Вселенной уступил место более упорядоченному космосу, который мы знаем сегодня, занял около миллиарда лет.
Открытие JWST ярких галактик в раннем космосе бросает вызов этой модели. «Мы должны увидеть множество этих маленьких протогалактических фрагментов, которые еще не слились в большую галактику», — говорит Стейси Макго, космолог из Университета Кейс Вестерн Резерв в Огайо. «Вместо этого мы видим несколько вещей, которые уже являются большими галактиками». Некоторые из этих галактик могут быть самозванцами, гораздо более близкими галактиками, окутанными пылью, из-за чего они кажутся тусклыми и далекими, когда используются измерения на основе яркости. Однако последующие наблюдения GLASS-z13 в августе с помощью Большой миллиметровой решетки Атакама (ALMA) в Чили показывают, что это не так для этого кандидата, поскольку ALMA не обнаружила доказательств наличия большого количества пыли. «Я думаю, что мы можем исключить нарушителей с малым красным смещением», — говорит Том Баккс, астроном из Университета Нагоя в Японии, который руководил наблюдениями. Тем не менее, отсутствие пыли означает, что ALMA вообще изо всех сил пытался увидеть галактику, демонстрируя трудности, с которыми сталкиваются телескопы. сопоставьте шаг за шагом JWST, чтобы подтвердить свои самые захватывающие наблюдения. «Хорошая новость в том, что ничего не обнаружено, — говорит Найду. — Плохая новость — ничего не обнаружено». В этом случае только JWST может следить за собой.0003
Самое поразительное объяснение состоит в том, что каноническая космологическая модель LCDM неверна и требует пересмотра. «Эти результаты очень удивительны, и их трудно получить в нашей стандартной модели космологии», — говорит Бойлан-Колчин. «И это, вероятно, не маленькое изменение. Нам придется вернуться к чертежной доске». Одной из противоречивых идей является модифицированная ньютоновская динамика (MOND), которая утверждает, что темной материи не существует, а ее эффекты можно объяснить крупномасштабными флуктуациями гравитации. Наблюдения JWST до сих пор могут поддерживать такую теорию. «Многие предсказания MOND сбылись — это еще одно из них», — говорит Макгоу, один из главных сторонников этой идеи. Другие остаются неубежденными. «Пока все, что мы пытались проверить MOND, не могло дать действительно удовлетворительного ответа», — говорит Джейхан Карталтепе, астрофизик из Рочестерского технологического института в Нью-Йорке.
Одно из более простых решений состоит в том, что в галактиках в ранней Вселенной могло быть мало пыли или вообще не было пыли, из-за чего они казались ярче. Этот сценарий может запутать усилия по вычислению истинной массы галактик и, возможно, также объяснить трудности обнаружения ALMA GLASS-z13. «Возможно, у сверхновых не было достаточно времени, чтобы произвести пыль, или, может быть, на начальных этапах [формирования галактик] пыль выбрасывается из галактик», — говорит Андреа Феррара, астроном из Университета Scuola Normale Superiore в Италии. кто предложил такую возможность. В качестве альтернативы Мейсон и его коллеги предполагают, что в своих наблюдениях за ранней Вселенной JWST пока может видеть только самые яркие молодые галактики, поскольку их должно быть легче всего обнаружить. «Возможно, в ранней Вселенной что-то происходит, что означает, что некоторым галактикам легче образовывать звезды», — говорит она.
Дэвид Спергель, известный астрофизик-теоретик и нынешний президент Фонда Саймонса в Нью-Йорке, соглашается. «Я думаю, что мы видим, что формирование массивных звезд очень эффективно в ранней Вселенной», — говорит он. «Давление газа выше. Температуры выше. Это оказывает огромное влияние на среду для звездообразования». Возможно, даже магнитные поля возникли во Вселенной раньше, чем мы думали, и сыграли решающую роль в движении материала, который положил начало рождению звезд. «Возможно, мы наблюдаем следы магнитных полей, появляющихся очень рано в истории Вселенной», — говорит Спергель.
Стремление разрушить Вселенную
Быстрый поток научных статей из первых наблюдений JWST не случайность; когда начали поступать первые данные, астрономы с нетерпением ждали. «Люди работали над своими трубопроводами годами, — говорит Бойлан-Колчин. Избегая традиционных процессов рецензирования, которые могут занять месяцы, многие вместо этого обратились к публикации на arXiv, веб-сайте, где научные статьи могут быть загружены после минимальной проверки модераторами, но задолго до официального рецензирования. И все чаще сегодняшняя экспертная оценка эффективно разворачивается почти в реальном времени для всеобщего обозрения в Твиттере и других платформах социальных сетей. «Это наука от arXiv», — говорит Найду. Действие застало некоторых врасплох. «Я ожидала большой активности, — говорит Нэнси Левенсон, временно исполняющая обязанности директора STScI. — Но я недооценил сумму.
Это позволило быстро опубликовать и обсудить научные результаты, но некоторые опасаются, что это дорого обходится. «Люди немного торопили события, — говорит Клаус Понтоппидан, научный сотрудник проекта JWST в STScI. «Золотой стандарт — это рецензируемая, рецензируемая статья». Например, ранние проблемы с калибровкой JWST могли повлиять на некоторые результаты. Натан Адамс из Манчестерского университета в Великобритании и его коллеги обнаружили, что могут быть серьезные изменения: одна галактика с красным смещением 20,4 была перекалибрована до красного смещения всего 0,7. «Нам нужно немного успокоиться, — говорит Адамс. «Пока рано говорить, что мы полностью разрушили вселенную».
Такие проблемы вряд ли уничтожат все галактики JWST с большим красным смещением, учитывая их огромное количество. «Более вероятно, что ранняя Вселенная отличается от того, что мы предсказывали», — говорит Финкельштейн. «Вероятность того, что мы все ошибаемся, мала». Сейчас астрономы спешат провести дополнительные наблюдения с помощью JWST; Левенсон говорит, что в настоящее время она рассматривает около дюжины предложений от различных групп, запрашивающих дополнительное время для наблюдений JWST, большинство из которых стремятся тщательно изучить кандидатов на галактики с большим красным смещением. «Учитывая волнение и важность этих ранних открытий, мы подумали, что уместно попросить немного времени, чтобы подтвердить их», — говорит Треу, выдвинувший одно из предложений.
Другие будущие программы настроены на охоту за далекими галактиками, такие как COSMOS-Webb под руководством Карталтепе, который, как ожидается, значительно увеличит популяцию ранних галактик, наблюдая более широкий участок неба в течение сотен часов. «По нашим оценкам, мы сможем обнаружить тысячи», — говорит она. Будущие предложения могут искать доказательства существования этих первых протогалактик, возможно, используя взрывную смерть первых сверхразмерных звезд в особенно ярких и энергичных сверхновых в качестве маркеров их существования. Некоторые оценки предполагают, что JWST может видеть до красного смещения 26, всего через 120 миллионов лет после Большого взрыва, космическое мгновение ока. Много другой работы будет проделано, чтобы следить за растущим списком кандидатов на высокое красное смещение. «Даже подтверждение нескольких из них было бы удивительным», — говорит Найду. «Это продемонстрирует, что нас не одурачат».
JWST стал трамплином для беспрецедентной эры науки; и, несмотря на все неопределенности, быстрый обмен идеями по мере того, как новые открытия делаются и сразу же предаются огласке, воодушевляет астрономов. «Это было фантастически, — говорит Треу. «Очень приятно видеть, что сообщество настолько вовлечено и взволновано». Теперь вопрос в том, можем ли мы действительно верить в то, что видим, не пора ли пересмотреть наше понимание зари времен? «Мы вглядываемся в неизвестное, — говорит Мейсон.
ОБ АВТОРАХ

Телескоп Уэбба увидел то, чего не должно быть в космосе: астрономы теряются в догадках

Огромные галактики? Этого не может быть!

Потенциальное объяснение несовпадений данных Уэбба и предположений ученых

Цели для изучения телескопом Уэбба

Первое полноцветное фото от Джеймса Уэбба — стоит ли эта машина золота, из которого сделана? / Хабр

По следам Хаббла

Название

Стоимость

Зеркала

Зонтик от Солнца

Место пребывания

Какой телескоп следующий?

Бонусы

«Джеймс Уэбб» реализует лучшие методы наземной астрономии — Троицкий вариант — Наука

Посмотреть инфракрасным глазом

Открылась бездна

Галактический ансамбль

Звездная колыбель

Звездный труп

Атмосфера экзопланеты

И даже Солнечная система

Читайте также

В ограбленном погребении знатной сакской женщины нашли бляшки из ископаемых моллюсков

«Индженьюити» намусорил на Марсе

TESS увидел очень глубокий транзит экзогиганта по красному карлику

Под давлением

Телескоп Джеймс Уэбб — орбитальная обсерватория

Из чего состоит «Джеймс Уэбб»

Где будет работать телескоп

Какие задачи стоят перед новым телескопом

Какими инструментами оснащен телескоп

Телескоп «Джеймс Уэбб» сделал самое четкое изображение далекой Вселенной

Уэбб, Хаббл наблюдал, как DART врезался в астероид

Первые взгляды JWST на ранние галактики могут изменить космологию

Deep Looks for Cosmic Dawn

Назад к чертежной доске

Стремление разрушить Вселенную

ОБ АВТОРАХ

Космический телескоп Джеймса Уэбба | L3Harris™ Быстро. Вперед.

Просмотр изображений

Роль L3Harris

Миссия космического телескопа Уэбба

Детали миссии

Узнайте больше о космическом телескопе Джеймса Уэбба

Новые изображения космического телескопа Джеймса Уэбба раскрывают более глубокий взгляд на Вселенную

Новые изображения космического телескопа Джеймса Уэбба раскрывают более глубокий взгляд на Вселенную

L3Harris интегрировала и протестировала важные инструменты на космическом телескопе Джеймса Уэбба НАСА; Представлены первые изображения

20 лет совместной работы и дальновидного лидерства завершились триумфальным запуском телескопа Webb

Успешная интеграция «глаза» L3Harris, экстремальные испытания позволили получить изображения космического телескопа Джеймса Уэбба

L3Harris играет неотъемлемую роль в космическом телескопе НАСА имени Джеймса Уэбба

Опыт работы с космическим телескопом Джеймса Уэбба

Криогенные испытания

Ресурсы космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА

Связанные домены и отрасли

Космический телескоп Джеймса Уэбба

Новости космического телескопа Джеймса Уэбба

Космические телескопы Уэбба и Хаббла сделали подробные снимки столкновения с астероидом DART

Космический телескоп Уэбба обнаружил самый богатый и ближайший звездный питомник в Солнечной системе

Невероятное новое изображение Нептуна, полученное с помощью телескопа Уэбба, запечатлевает никогда невиданные детали кольца

Обнаружена проблема на космическом телескопе Джеймса Уэбба — аномалия MIRI

Марс велик: первые изображения Красной планеты с помощью космического телескопа Уэбба

Астрономы «потрясены» первыми захватывающими дух изображениями туманности Ориона, полученными с помощью космического телескопа Уэбба

Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба отмечен новой маркой почтовой службы США

Космический телескоп Уэбба НАСА запечатлел космического тарантула

«Космическое сокровище» — Уэбб впервые сделал прямое изображение далекого мира

Услышьте завораживающие звуки Вселенной с помощью космического телескопа Уэбба

Захватывающее изображение сердца фантомной галактики демонстрирует возможности Уэбба

Космический телескоп Уэбба обнаруживает углекислый газ в атмосфере экзопланеты

Невероятные изображения Юпитера, полученные с помощью космического телескопа Уэбба, демонстрируют полярные сияния, туманы, луны и кольца

Космический телескоп Уэбба НАСА проливает свет на эволюцию галактик и черные дыры

Космический телескоп Уэбба измеряет удаленные галактики в 5–10 раз лучше, чем любой другой телескоп

Как следовать дальнейшим шагам космического телескопа Уэбба НАСА

Космический телескоп Джеймса Уэбба запечатлел планету Юпитер в инфракрасном диапазоне

На снимках: Телескоп Джеймса Уэбба показывает тысячи новых звезд в туманности Тарантул

Iconic Phantom Galaxy

Первое прямое изображение далекой экзопланеты

Юпитер и его спутники такими, какими вы их никогда не видели

Другие открытия: как меняется галактика «Колесо тележки»