Новая эпоха в астрономии. Рассматриваем первые (эпичные!) научные снимки с телескопа Джеймс Уэбб и сравниваем с предшественником Хабблом

12 июля 2022 года уже вошло в историю наблюдательной астрономии — после месяцев ожиданий NASA наконец-то опубликовало первые научные (полноцветные) снимки космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST), ознаменовавшие начало его научной программы длиной в 10+ лет. Да, мы уже выпускали несколько новостей по теме, но, поскольку на эти невероятно красивые изображения можно смотреть вечно, сделать еще одну расширенную публикацию, чтобы подробнее остановиться на каждом из них и сравнить со снимками, которые в свое время помог получить предшественник — не менее известный Хаббл Телескоп, и который, кстати, до сих пор довольно неплохо себя чувствует, несмотря на довольно почтенный возраст (30+ лет в космосе).

Джеймс Уэбб — новая флагманская обсерватория NASA. Чтобы создать ее, потребовалось 25 лет и $10 млрд

Согласно данным NASA, за последние 32 года Хаббл выполнил 1,5 миллиона наблюдений, вследствие которых появилось более 19 000 научных статей. Что касается Джеймса Уэбба, то он будет исследовать разные объекты во Вселенной в инфракрасном диапазоне волн, продолжая программы Хаббла и Спитцера (его отключили 30 января 2020 года после 16 лет работы на орбите).

Обсерватория была запущена в космос в декабре прошлого года, а в середине января 2022 добралась до рабочей гало-орбиты вокруг второй точки Лагранжа в системе Солнце-Земля, и вот после нескольких месяцев калибровки приборов и юстирования оптики наконец-то берется за выполнение своей научной программы.

Кроме крупнейшего зеркала для исследований самых отдаленных уголков космоса, в его активе присутствуют четыре передовых научных инструмента: камера ближнего инфракрасного диапазона NIRCam, прибор для работы в среднем ИК-диапазоне MIRI, спектрограф ближнего ИК-диапазона NIRSpec и система FGS/NIRIS. С их помощью астрофизики в будущем надеются получить ответы на многие фундаментальные вопросы, прежде всего о формировании экзопланет. Среди первых целей Джеймса Уэбба атмосферы экзопланет, протоскопления, околозвездные диски, квазары, транснептуновые объекты и кометы.

Пока же давайте еще раз посмотрим на первые изображения с телескопа Джеймса Уэбба и сравним их с самыми известными изображениями Хаббла — они наглядно иллюстрируют, насколько инновационным с технологической стороны является Уэбб и как далеко вперед шагнул прогресс. В то же время, стоит заметить, что без Хаббла не было бы Джеймса Уэбба — его инструменты разрабатывались с учетом уже полученного опыта.

Deep Field

В последующие несколько десятилетий операторы Hubble прокачивали свои навыки и продолжали всматриваться в глубокий космос.

JWST Deep Field демонстрирует пример гравитационного линзирования света Это когда массивное тело (планета или звезда) или система тел (галактика, скопление галактик) искривляет своим гравитационным полем направление распространения излучения, подобно тому, как искривляет световой луч обычная линза. от далекой галактики из ранней Вселенной массивным скоплением галактик SMACS 0723 в 4,6 миллиарда световых лет от Земли в созвездии Волана. В NASA, когда описывали участок неба, провели аналогию с песчинкой, которую кто-то на земле держит на расстоянии вытянутой руки. Общее время экспозиции для этого снимка составляло 12,5 часа.

Бонус: по ссылке можно просмотреть первые изображения SMACS 0723, полученные в рамках научного исследования RELICS с использованием данных, собранных Хабблом и Спитцером.

Туманность Киля (NGC 3372)

Квинтет Стефана (HCG 092)

Когда в конце мая в зеркало «Джеймса Уэбба» попал микрометеороид, мы рассказывали в новости, что телескоп не предусматривает штатного обслуживания. То есть, если вдруг у него что-нибудь сломается (держим кулаки, чтобы этого не произошло), инженерам придется найти способ исправить это с земли. На данный момент нет возможности отправить людей или роботизированный космический корабль для сервисного обслуживания JWST. Но, если ничего не произойдет, то горючего телескопа хватит на 20+ лет работы на орбите, так что нас ждет больше таких изображений:

На данный момент это самое подробное изображение JWST — мозаика, составленная из более 1000 отдельных снимков, сделанных двумя инструментами: камерой ближнего инфракрасного диапазона NIRCam и детектором в среднем ИК-диапазоне MIRI. Эта компактная группа галактик была впервые открыта в 1877 году. Она находится на расстоянии около 290 миллионов световых лет от Солнца в созвездии Пегаса и состоит из четырех галактик. Пятая галактика (выше слева) расположена гораздо ближе к Млечному Пути, а ее изображение для земного наблюдателя лишь проецируется на группу. Остальные расположены настолько близко друг к другу, что JWST может видеть ударные волны от взаимодействия между этими галактиками, когда они тянут друг друга.

NIRCam и MIRI собирают инфракрасное излучение, которое помогает JWST видеть сквозь газ и пыль. Но, как следует из названия, эти инструменты улавливают несколько разные длины волн инфракрасного диапазона. В тандеме они создают неповторимые изображения, но, если поближе взглянуть на пейзажи, увлеченные лишь одним из инструментов, то можно сделать немало открытий.

Каждый цветовой акцент на этом изображении имеет разное значение, как объясняет Научный институт космического телескопа, управляющий миссией JWST:

«На этом изображении красный цвет обозначает запыленные области звездообразования, а также очень далекие ранние галактики и галактики, окутанные густым занавесом звездной пыли. Точечные синие вкрапления показывают звезды или звездные скопления без пыли. Рассеянные участки синего цвета указывают на пыль с высоким содержанием больших молекул углеводородов. Что касается маленьких фоновых галактик, разбросанных по всему изображению, то зеленый и желтый цвета показывают более далекие и ранние галактики, также богатые этими углеводородами».

А эта очень яркая точка в центре высокой галактики — это активная сверхмассивная черная дыра. Хотя по хорошо известным причинам мы не можем увидеть самую черную дыру (гравитация настолько сильна, что даже свет не может пробиться наружу), мы видим излучение от поглощения попадающей в нее материи, и оно светит так ярко, как 40 миллиардов солнц.

Туманность «Южное кольцо» (NGC 3132)

И на десерт — туманность «Южное кольцо» (NGC 3132). Это планетарная туманность, расположенная примерно в 2 тысячах световых лет от Солнца и представляющая собой сброшенные внешние газовые оболочки звезды, похожей на Солнце. В центре туманности — белый карлик, а его диаметр составляет почти половину светового года, а газовые потоки движутся наружу со скоростью около 14,5 км/с.

Между этими двумя изображениями есть множество отличий, но их объединяет одна удивительная особенность — это звезды, которые выглядят значительно острее слева. Это потому, что два инструмента улавливают излучение электромагнитных волн разной частоты.

«В ближнем инфракрасном свете звезды более заметны дифракционные всплески, поскольку они очень яркие на этих длинах волн. В среднем инфракрасном свете дифракционные всплески также появляются вокруг звезд, но они более тусклые и меньшие (нужно приблизить изображение, чтобы заметить их)», — объясняет Научный институт космического телескопа.

Ближнее инфракрасное излучение (область от 700 до 5000 нм) также обеспечивает гораздо более четкие изображения, чем средний инфракрасный диапазон (от 5000 до (25-40) мкм), поскольку длина волны света намного короче. Но оба предлагают невероятно красивый новый взгляд на космос вокруг нас.

Напоследок — полезный веб-инструмент для сравнения снимков Уэбба и Хаббла, доступный по этой ссылке.