Після п’ятимісячної перерви на просвітницький YouTube-канал «Все про Всесвіт» повернулися «Розмови про Всесвіт з Іваном Крячком» – авторська науково-популярна астрономічна програма виконувача обов’язків завідувача лабораторії методологічного та інформаційного забезпечення освіти і науки астрономічної (МІЗОН-А) Головної астрономічної обсерваторії НАН України Івана Крячка. У цьому випуску вчений розповідає про перші зображення об’єктів у Всесвіті, отримані за допомогою американського Космічного телескопа імені Джеймса Вебба.
«На початок роботи Космічного телескопа імені Джеймса Вебба астрономи, та й усі, хто цікавиться зоряним небом, чекали понад 20 років, – говорить Іван Крячко. – Нарешті торік 25 грудня його запустили – з аеродрому у Французькій Гвінеї за допомогою ракети-носія «Аріан-5». Запуск відбувся дуже вдало, ракета-носій так чітко відпрацювала задану траєкторію, що заощадила для телескопа чимало пального. Тож якщо раніше планувалося, що він працюватиме в космосі 10 років, то тепер уже заговорили про дворазове подовження цього терміну. Але головне, що телескоп досяг точки Лаґранжа, в якій система «Земля–Сонце» не надто впливає на космічний об’єкт, що, своєю чергою, теж дозволяє заощаджувати пальне, яке має витрачатися на підтримання орбіти телескопа.
 Скріншоти з відеозапису програми «Розмови про Всесвіт з Іваном Крячком» |
Після того, як телескоп прибув у точку стояння, його, фактично, близько пів року вводили в дію – розкривали дзеркало і захисний екран, тестувати прилади. Нагадаю, Космічний телескоп імені Джеймса Вебба – це науковий інструмент із діаметром дзеркала 6,5 м (для порівняння: діаметр дзеркала Космічного телескопа імені Габбла – 2,4 м). Тобто наразі він є найбільшим серед космічних телескопів. Телескоп призначений для спостережень в інфрачервоному світлі таких космічних об’єктів, як планети, зорі, галактики, а також системи цих об’єктів – планетні й зоряні системи, скупчення галактик. По суті, Космічний телескоп імені Джеймса Вебба – це, грубо кажучи, великий фотоапарат зі спектрографом.
12 липня цього року було офіційно оголошено, що Космічний телескоп імені Джеймса Вебба готовий виконувати наукові завдання, і продемонстровано перші п’ять знімків, отримані з його допомогою. Причому найперший із них оприлюднив на своєму брифінгу в Білому домі президент США Джо Байден. Ідеться про так зване глибоке поле. Тобто телескоп зазирнув дуже далеко в минуле. Що ж він там побачив? Центральний об’єкт цього поля – скупчення галактик SMACS 0723, яке лежить на відстані 4,6 млрд світлових років від Землі.
 Перше глибоке поле від Космічного телескопа імені Джеймса Вебба (джерело: esawebb.org) |
Це скупчення на знімку відіграє ще й роль гравітаційної лінзи, підсилюючи світло від іще віддаленіших галактик (їх видно у вигляді світлових дуг). Знімок отримано завдяки встановленій на телескопі камері ближнього інфрачервоного діапазону. За допомогою спектрографа науковці, що працюють із Космічним телескопом імені Джеймса Вебба, отримали також спектри чотирьох галактик зі скупчення SMACS 0723 і за допомогою так званого червоного зміщення (тобто зміщення ліній у спектрі в бік червоного кольору) визначили їхній вік – 11,3, 12,6, 13,0 і 13,1 млрд років (нагадаю, вік нашого Всесвіту оцінюється в приблизно 13,8 млрд років). Якщо в давнину астрономи спостерігали певні об’єкти, шукали їхні координати, вдосконалювали оптичні телескопи, щоб виявити об’єкти, досі не доступні для спостереження, то поява спектрографії та розшифрування спектрів випромінювання небесних тіл дали потужний поштовх астрономічним дослідженням і започаткували астрофізику.
 Спектри окремих галактик зі скупчення SMACS 0723 (джерело: esawebb.org) |
На другому знімку, що його отримав Космічний телескоп імені Джеймса Вебба, зображено квінтет Стефана – групу галактик, названу на честь французького астронома Едуарда Стефана, який і виявив її 1877 року. Раніше науковці з’ясували, що, по-перше, це візуальна група (тобто одна з її галактик значно ближча до Землі – лежить на відстані 40 млн світлових років, тоді як відстань до інших галактик – 290 млн світлових років), а по-друге, дві центральні галактики перебувають на етапі злиття в єдину зоряну систему.
 Квінтет Стефана (джерело: esawebb.org) |
Якість знімка дозволяє розрізняти навіть окремі зорі у найближчій до нас галактиці з цієї групи – те, чого не міг «побачити» Космічний телескоп імені Габбла. Хоча, можливо, й не варто порівнювати ці два інструменти, адже вони мають різні дзеркала й приймачі, налаштовані на різні діапазони електромагнітного спектру.
Другий знімок цікавий тим, що його зроблено з використанням фільтрів камери не лише ближнього, а й середнього інфрачервоного діапазону (або ж середніх теплових променів). Причому на позначення далеких об’єктів науковці додали до нього й інші кольори – червоний, зелений і синій. Зокрема, зелений колір позначає галактики раннього Всесвіту, а червоний – «запилені» регіони зореутворення.
 Так квінтет Стефана виглядає у приймач середнього інфрачервоного діапазону з додаванням червоного, зеленого і синього кольорів (джерело: esa.int) |
Загалом, зорієнтованість Космічного телескопа імені Джеймса Вебба на роботу в інфрачервоному діапазоні електромагнічного спектру дає змогу вивчати не дуже гарячі об’єкти на кшталт протозір і екзопланет. Крім того, через розширення Всесвіту чимало його об’єктів віддаляються від нас і один від одного, а отже, їхнє випромінювання зміщується все далі й далі в інфрачервоний діапазон електромагнітного спектру. Скажімо, Космічний телескоп імені Габбла, що реєструє головно видиме світло, не дав би нам змоги побачити такі далекі об’єкти.
Третій знімок Космічного телескопа імені Джеймса Вебба, також отриманий у ближньому й середньому інфрачервоному діапазонах, зображує планетарну Туманність Південне Кільце в сузір’ї Вітрила (з території України його, на жаль, не видно – це південне сузір’я), яке лежить на відстані 2 тисяч світлових років від Землі й у діаметрі сягає 1 світлового року. Такі туманності виникають внаслідок того, що зоря на прикінцевому етапі своєї еволюції скидає оболонку, й ця оболонка, підсвічувана зорею, що залишилася (білим карликом), летить у космосі й розширюється. Завдяки новим фотографіям виявилося, що туманність підсвічує подвійна зоряна система, яка складається з тьмяної, огорнутої пилом материнської зорі та ще однієї, яскравої. Ці знімки доводять, що з допомогою Космічного телескопа імені Джеймса Вебба астрономи зможуть доволі докладно досліджувати різні етапи еволюції зір і процеси в системах «зоря–туманність».
 Туманність Південне Кільце у ближньому (ліворуч) та інфрачервоному діапазонах електромагнітного спектру (джерело: esawebb.org) |
На четвертому знімку – ділянка зореутворення в Туманності Кіля, а саме – фрагмент NGC 3324 цієї газопилової хмари. Чіткий рельєф, подібний на «гірський», утворився через ультрафіолетове випромінювання молодих зір. Якщо планетарна туманність – це прикінцевий етап еволюції зорі, то ділянки на зразок NGC 3324 – це місця, де життя зір тільки-тільки починається. Про те, як там усе відбувається, астрономам відомо небагато. Тож Космічний телескоп імені Джеймса Вебба, вочевидь, зробить у цьому напрямі чимало відкриттів.
 Фрагмент Туманності Кіля (джерело: esawebb.org) |
Нарешті, «родзинка» в колекції перших результатів роботи телескопа – спектр атмосфери екзопланети WASP-96b, що лежить у південному сузір’ї Фенікса – на відстані тисячі світлових років від Землі. Цей об’єкт спостерігали методом транзиту, впродовж понад шести годин фіксуючи спектр випромінювання під час проходження екзопланети перед диском зорі. Походження й розвиток планетних систем біля інших зір, фізичні характеристики екзопланет теж дуже цікавлять астрономів. Особливо в руслі пошуку планет, подібних до Землі за хімічним складом, будовою, атмосферою. А вміст атмосфер таких планет можна з’ясувати завдяки тому-таки спектрографічному аналізові. WASP-96b – це газовий гігант, за масою вдвічі менший від Юпітера, та з діаметром в 1,2 раза більшим від юпітеріанського. Ця екзопланета лежить дуже близько біля своєї зорі, роблячи один оберт навколо неї всього за три дні. В атмосфері екзопланети є вода і певний серпанок (напевно, хмари).
 Спектр атмосфери екзопланети WASP-96b (джерело: esawebb.org) |
Усі ці зображення значною мірою презентаційні. Далі вчені працюватимуть над конкретними дослідницькими завданнями. Уже зараз цікаві наукові результати в галузі астрономії й астрофізики з’являються щодня, а завдяки Космічному телескопові імені Джеймса Вебба їх ще суттєво побільшає. Не забуваймо і про Космічний телескоп імені Габбла, який продовжує функціонувати, як, до речі, й багато наземних телескопів. Крім того, до ладу стають нові інструменти. Словом, астрономія не зупиняється ні на мить».