25 декабря 2021 года с космодрома в Куру (Французская Гвиана) ракета-носитель ЕКА Ariane V вывела в космос космический телескоп имени Джеймса Уэбба, начавший путь к точке Лагранжа L2 в системе Земля — Солнце. Благодаря 6,5-метровому золотому зеркалу и тепловому экрану размером с теннисный корт, «Уэбб» мог изменить наше представление о Вселенной.
Через три года стало ясно, что обещание выполнено и даже превзойдено. «Уэбб» обнаружил детали от Солнечной системы до самых далеких галактик, поразив ученых и поставив под сомнение многие существующие теории. Космический телескоп сфотографировал планеты, идентифицировал галактики, образовавшиеся всего через 300 миллионов лет после Большого взрыва, и проанализировал атмосферы экзопланет в поисках признаков жизни.
Этот обзор раскрывает главные находки телескопа «Уэбб» за три года работы: от ближайших звёзд до самых дальних точек Вселенной.
О Солнечной системе
Наблюдения за Юпитером и его спутниками
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» подробно исследовал галилеевские спутники и атмосферу Юпитера, применяя свои передовые инфракрасные возможности. Открыл новое высокоскоростное течение в атмосфере Юпитера, предоставив важные данные о сложной динамике планеты. Также предоставил новую информацию о Большом красном пятне, изучив его состав и изменения со временем. «Уэбб» проанализировал ледяные спутники, такие как Европа и Ганимед, обнаружив следы воды и подробности о возможной обитаемости этих объектов.
Снимок Юпитера, его колец и нескольких спутников, полученный телескопом «Уэбб» в инфракрасном свете, был обнародован 22 августа 2022 года.
Кольца Нептуна
Аппарат «Джеймс Уэбб» с невероятной точностью провел наблюдения за кольцами Нептуна, обнаружив детали, недоступные для «Вояджера-2». Инфракрасные изображения показали состав и структуру колец, выявив частицы льда и пыли, отражающие солнечный свет. Благодаря этим наблюдениям можно изучить происхождение и эволюцию все еще недостаточно изученной планетной системы, улучшив понимание жизненного цикла планетных колец.
Анализ комет и астероидов
Космический аппарат «Джеймс Уэбб» подробно изучил малые тела Солнечной системы, предоставив информацию об их составе и истории. Аппарат подтвердил наличие воды на одной из комет Главного пояса, показав, что объекты, расположенные между Марсом и Юпитером, могут содержать запасы льда, важные для понимания происхождения воды на Земле. Кроме того, «Уэбб» наблюдал новые газовые струи, порожденные кентавром 29P/Швассмана-Вахмана — ледяным объектом с необычной активностью. Это говорит о процессах, схожих с теми, что происходят в активных кометах. Аппарат получил сведения о планетезималях в ранней Солнечной системе, показав, как их состав меняется в зависимости от расстояния до Солнца. Это позволяет по-новому взглянуть на формирование и распределение материалов на ранних этапах истории Солнечной системы.
О Млечном Пути
Сердце Галактики
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» сфотографировал область Стрельца С, расположенную примерно в 300 световых годах от центра нашей галактики. В этой области с интенсивным звездообразованием находится более 500 000 звезд, включая скопление протозвезд. Инфракрасные изображения позволили обнаружить ранее скрытые структуры и явления, предложив новое понимание рождения и эволюции звезд в галактическом ядре.
Звездообразование на галактической периферии
Телескоп JWST, используя приборы NIRCam и MIRI, исследовал периферию Млечного Пути в регионе Крайняя внешняя галактика, находящемся более чем за 58 000 световых лет от центра галактики. В ходе наблюдений были изучены молекулярные облака Digel Cloud 1 и Digel Cloud 2, получены детальные изображения звездных скоплений с интенсивными процессами звездообразования. Эти области, бедные тяжелыми элементами, имеют состав, близкий к составу первобытных галактик, что открывает уникальную возможность понять процессы звездообразования в среде с низкой металличностью.
Подтверждение существования первой экзопланеты: LHS 475 b
Космический аппарат «Джеймс Уэбб» подтвердил наличие экзопланеты LHS 475 b — каменистой планеты размером с Землю. Открытие стало возможным благодаря спектрографу NIRSpec, который обнаружил планету, наблюдая два транзита перед ее звездой. LHS 475 b вращается вокруг красного карлика на очень близком расстоянии, совершая орбиту за два земных дня.
Обнаружение метана и углекислого газа на K2-18 b
Телескоп JWST обнаружил метан и углекислый газ в атмосфере экзопланеты K2-18 b, субнептуна, находящегося в обитаемой зоне своей звезды. Это открытие указывает на возможность наличия океана под богатой водородом атмосферой, свойственной так называемым планетам-гигантам. Спектроскопический анализ не обнаружил аммиака, что подтверждает гипотезу о потенциально благоприятной для жизни среде. Тем не менее, обнаружение метана и углекислого газа не является доказательством биологической активности, но предоставляет важную информацию о химическом составе и атмосферных условиях K2-18 b.
Открытие сероводорода на WASP-18 b
Космический аппарат «Джеймс Уэбб» обнаружил сероводород в атмосфере экзопланеты WASP-18 b, расположенной примерно в 400 световых лет от Земли. Кроме сероводорода, были обнаружены вода, углекислый газ и угарный газ. Наличие сероводорода на этой планете, уже наблюдавшемся на Юпитере, подтверждает гипотезу о его присутствии в атмосферах газовых гигантов. Открытие расширяет наше понимание химии атмосферы и процессов формирования таких планет, добавляя информацию о планетарных атмосферах за пределами Солнечной системы.
О галактиках и Вселенной
Самые удаленные галактики, которые удалось зафиксировать.
JWST обнаружил пять кандидатов в галактики с красным смещением от 16 до 18, что соответствует периоду между 150 и 300 миллионами лет после Большого взрыва. При подтверждении эти галактики станут самыми удалёнными из когда-либо наблюдаемых объектов.
Первобытная галактика в процессе формирования
Инфракрасное телескоп JWST обнаружил и изучил галактику, получившую название «Светлячок», образовавшуюся примерно через 600 миллионов лет после Большого взрыва. Эта галактика, масса которой сопоставима с массой молодого Млечного Пути, содержит десять ярких звездных скоплений. Наблюдение предоставляет детальное представление о ранних этапах формирования галактик, способствуя пониманию процессов образования и эволюции галактик в ранней Вселенной.
Самой древней галактикой, пребывающей в покое, является та, которую удалось наблюдать.
Телескоп JWST обнаружил галактику JADES-GS-z7-01-QU, прекратившую звездообразование примерно через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Масса этой галактики сопоставима с массой Малого Магелланова Облака. Это старейшая из известных галактик в состоянии покоя. Открытие предоставляет важные сведения о процессах, приводящих к прекращению звездообразования в ранних галактиках, и обогащает наше понимание эволюции галактик на ранних этапах существования Вселенной.
Заснувшая сверхмассивная чёрная дыра в первозданной Вселенной
Космический аппарат «Джеймс Уэбб» обнаружил внутри галактики GN-1001830 спящую сверхмассивную черную дыру массой, превышающей массу Солнца в 400 миллионов раз. Появление этого объекта датируется примерно через 570 миллионов лет после Большого взрыва. Масса черной дыры составляет около 40 процентов от общей массы галактики-хозяина, что значительно больше, чем у черных дыр в нашей локальной Вселенной, которые обычно составляют около 0,1 процента от массы своей галактики. Такое открытие ставит под сомнение существующие теоретические модели формирования и роста черных дыр на ранних этапах развития Вселенной.
Сверхновая H0pe и деформация Хаббла
Джеймс Уэбб изучал сверхновую H0pe, относящуюся к типу Ia и находящуюся в 3,5 миллиарда световых лет от Земли. Открытие было сделано как три ярких пятна на изображении скопления PLCK G165.7+67.0. Это открытие предлагает новый метод измерения постоянной Хаббла и способствует лучшему пониманию так называемой «хаббловской напряженности», то есть расхождения между разными оценками скорости расширения Вселенной. Несмотря на новые данные, противоречие сохраняется, что указывает на возможность пересмотра существующих космологических моделей или существование новой физики за пределами Стандартной модели.
И это только начало…
За три года телескоп Джеймса Уэбба радикально изменил наше понимание Вселенной, преодолев технические сложности и превзойдя первоначальные цели. От Солнечной системы до экзопланет, от древнейших галактик до сверхмассивных черных дыр — каждое наблюдение вносит важные детали в картину космических знаний. Возможности инфракрасных измерений позволили аппарату исследовать ранее недоступные уголки пространства и времени, открыв новые направления для изучения эволюции галактик, обитаемости планет и основ физики.
Начало – это только полпути. В ближайшие годы «Уэбб» будет изучать перспективные экзопланетные системы, первые галактики и искать химические признаки жизни. Совместная работа с другими обсерваториями, такими как Чрезвычайно большой телескоп и будущий телескоп Нэнси Грейс Роман, дополнит открытия «Уэбба» и расширит научные горизонты.
Благодаря предполагаемому сроку эксплуатации в 20 лет и более «Джеймс Уэбб» будет эталоном современной астрономии и космологии. Наблюдения телескопа дадут ответы на ключевые вопросы о происхождении и месте человечества во Вселенной, а также поставят новые вопросы, стимулируя исследования и инновации для будущих поколений.