Потенциал Уэбба: сколько уже сделано и сколько еще можно сделать?

Джеймс Уэбб, работающий с июля 2022 года и почти год находящийся в космосе, уже доказал свои беспрецедентные возможности. Среди возможностей его аппаратуры — фотографирование самых древних галактик за всю историю человечества и одновременное раскрытие секретов тел в нашей Солнечной системе.

Однако есть четыре основные задачи этого телескопа:

• Поиск света первых звезд и галактик, образовавшихся после Большого взрыва.
• Изучение формирования и эволюции галактик.
• Понять рождение звезд и планет.
• Изучить планетарные системы и происхождение жизни.

Все это амбициозные цели, но которые могут быть достигнуты наиболее эффективно путем наблюдения в ближнем инфракрасном свете, а не в видимой части электромагнитного спектра.

Научные инструменты, установленные на «Уэббе», обладают беспрецедентными возможностями для проведения астрономических исследований в инфракрасном диапазоне. Они охватывают диапазон длин волн от 0,6 до 28 микрометров, т.е. от оранжевого света до среднего и глубокого инфракрасного излучения. Излучение в этом диапазоне может более свободно проходить через области космической пыли, которые рассеивают видимый свет, поэтому инфракрасные наблюдения «Уэбба» позволяют изучать объекты и области космоса, заслоненные газом и пылью в видимом спектре. Например, молекулярные облака, в которых рождаются звезды: примером может служить протозвезда L1527, сфотографированная Уэббом внутри темного облака в видимом свете. Или околозвездные диски, дающие начало планетам, или экзопланетам, о которых «Уэбб» пополняет каталоги данными.

Невиданные звезды

В начале своей научной деятельности «Уэбб» сделал одно из самых известных изображений: необычный снимок туманности Южное кольцо с характерными оболочками из газа и пыли и яркой умирающей звездой в центре. Проведя тщательный анализ данных, исследователи обнаружили свидетельства существования как минимум двух ранее неизвестных звезд, скрытых на этом красочном звездном кладбище огромных размеров.

Было уже известно о наличии бинарной системы, одна из звезд которой находится в центре туманности. Это белый карлик, умирающая звезда, которая в течение тысяч лет выбрасывала огромное количество газа и пыли. Этот материал, по мнению экспертов, сформировал окружающее облако. Однако внутри туманности скрывались другие звезды, которые никогда ранее не были замечены мощными инфракрасными глазами Уэбба.

Данные, полученные с помощью приборов «Уэбба», начиная с NIRCam и заканчивая NIRSpec, спектрографом ближнего инфракрасного диапазона, навели ученых на мысль о присутствии этих звезд. Гипотеза заключается в том, что ранее идентифицированная бинарная система взаимодействует с этими звездами и, возможно, с другими, пока неизвестными. Обмен энергией в результате взаимодействия привел бы к появлению особой волнистой морфологии, которую мы наблюдаем в туманности сегодня.

Будет интересно узнать результаты еще более глубокого анализа этого или других изображений, посмотреть, сколько космических объектов, которые до сих пор оставались скрытыми в тени, мы сможем найти, каталогизировать и изучить.

Секреты Солнечной системы

Недавно «Уэбб» также наблюдал Титан, самый загадочный спутник Сатурна. Очень необычное место, на поверхности которого, как считается, течет жидкий метан и другие углеводороды, образуя похожие на земные реки и озера.

С помощью аппарата NIRCam ученые получили новые захватывающие изображения двух массивных метановых облаков Титана. Сравнение и анализ изображений подтверждают гипотезу о том, что облака Титана формируются в среднем северном полушарии в периоды, когда он нагревается Солнцем. Таким образом, благодаря «Уэббу» ученые также четко проследили слои атмосферы Титана, в которых может существовать жизнь (хотя и не такая, какой мы ее знаем), и некоторые особенности поверхности под ним.

Однако несколько месяцев назад, рассматривая Солнечную систему в инфракрасном диапазоне, Уэббу удалось получить беспрецедентные изображения Юпитера и Нептуна и их кольцевой системы, невидимой в оптическом диапазоне волн. Это позволило нам получить четкие снимки тонких пылевых колец, а также атмосферных характеристик двух газовых гигантов и жестоких бурь, которые их терзают. Теперь научное сообщество с нетерпением ожидает снимков Сатурна, которые также должны были быть сделаны MIRI в среднем инфракрасном диапазоне.

Галактики почти такие же старые, как Вселенная

Первые наблюдения «Уэбба» также выявили несколько галактик на больших расстояниях, как и более ранние наблюдения с помощью «Хаббла». Недавно было установлено, что четыре из этих объектов являются одними из самых старых из когда-либо наблюдавшихся. Самая старая из них находится на расстоянии не менее 13,4 миллиарда световых лет, когда возраст Вселенной составлял всего 2 процента от ее нынешнего возраста.

Свет от таких старых объектов очень слабый, потому что идет с большого расстояния. Тем не менее, благодаря исследованию космоса в инфракрасном диапазоне NIRCam, NIRSpec и MIRI удается «осветить» даже те области и объекты, которые еще неизвестны нам. Благодаря тому, на что способны эти приборы, в ближайшем будущем Уэбб легко побьет еще больше рекордов.

Всего несколько дней назад телескоп сделал одно из первых широкоугольных изображений космоса «средней глубины» в области неба, известной как северный полюс эклиптики. Изображение, полученное в рамках программы GTO Prime Extragalactic Areas for Reionisation and Lensing Science (PEARLS), содержит объекты в 1 миллиард раз более тусклые, чем мы можем увидеть невооруженным глазом. Изображение, состоящее из восьми различных цветов ближнего инфракрасного света и снятое камерой NIRCam аппарата Уэбба, находится в заголовке статьи. Прекрасное изображение показывает в беспрецедентных деталях и изысканной глубине Вселенную, наполненную галактиками вплоть до самых отдаленных краев, многие из которых никогда не были видны ни Хабблу, ни крупнейшим наземным телескопам.