Новое изображение, полученное космическим телескопом Джеймса Уэбба иллюстрирует редчайшее космическое явление, известное как кольцо Эйнштейна. То, что на первый взгляд может показаться одной странно сформированной галактикой, на самом деле представляет собой две галактики, разделенные значительным расстоянием. Ближайшая галактика расположена в центре изображения, в то время как более удаленная галактика, словно обвивающая ближнюю, формирует эффект кольца.

Кольца Эйнштейна возникают в результате изгиба света от удаленного объекта, который проходит вокруг массивного промежуточного (или «линзирующего») объекта. Это явление возможно благодаря искривлению пространства-времени, самой ткани Вселенной, вызванному массой; следовательно, свет, перемещающийся сквозь пространство и время, также подвергается искривлению. Хотя этот эффект слишком тонок для наблюдения на локальном уровне, он иногда становится очевидным при изучении кривизны света на колоссальных астрономических масштабах. Например, когда свет от одной галактики изгибается вокруг другой галактики или скопления галактик.

Когда линзируемый объект и линзирующий объект идеально выровнены, результатом становится характерная форма кольца Эйнштейна. Оно может проявляться как полный круг (как в данном случае) или как частичный круг света вокруг линзирующего объекта, в зависимости от точности выравнивания. Такие объекты служат идеальной лабораторией для изучения галактик, слишком тусклых и удаленных, чтобы их можно было наблюдать иными способами.

Линзовидная галактика в центре этого кольца Эйнштейна представляет собой эллиптическую галактику, что можно заметить по яркому ядру и гладкому, лишенному особенностей телу. Эта галактика принадлежит галактическому скоплению, известному как SMACSJ0028.2-7537. Линзовидная галактика, обвивающая эллиптическую, является спиральной. Хотя ее изображение искажено в процессе движения света вокруг галактики, отдельные звездные скопления и газовые структуры отчетливо видны.

Данные, использованные для создания этого изображения, были собраны в рамках исследования «Сильное линзирование и эволюция скоплений» (SLICE) (программа 5594), возглавляемого Гийомом Малье из Университета Льежа в Бельгии, в состав группы входят международные астрономы. Это исследование направлено на отслеживание эволюции галактических скоплений на протяжении 8 миллиардов лет, с акцентом на 182 галактических скопления, используя инструмент ближнего инфракрасного наблюдения телескопа Уэбба. Это изображение также включает данные, полученные от двух инструментов космического телескопа NASA/ESA Хаббл: широкоугольной камеры 3 и усовершенствованной камеры для обзоров.

Остывшая после Большого взрыва Вселенная была наполнена холодным, нейтральным газом, заслонявшим свет звезд. К счастью, за космологическими Темными веками пришла эпоха реионизации, когда первые звезды и галактики ионизировали межгалактическое пространство, и Вселенная вновь засияла. Ученые нашли древнейшую галактику, излучение которой реионизирует окружающий нейтральный газ.

Ранее считалось, что процесс реионизации начался примерно через 600-800 миллионов лет после Большого взрыва. Однако излучение древнейших галактик, обнаруженных с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», ставит под сомнение эти даты, указывая на то, что процесс начался гораздо раньше.

Ученые фокусируются на спектральных линиях водорода, особенно на линии Лайман-альфа. Под действием сильного ультрафиолетового излучения звезд водород переходит в возбужденное состояние, а при возвращении в нейтральное состояние излучает на линии Лайман-альфа. Когда почти весь водород ионизирован, Лайман-альфа излучение не поглощается соседними молекулами и доходит до нас. Это указывает на то, что первичный источник ионизирующего излучения был достаточно мощным.

Астрономы нашли линию Лайман-альфа в спектре излучения галактики JADES-GS-z13-1-LA (красное смещение 13,0), что соответствует времени примерно через 332 миллиона лет после Большого взрыва. Наличие линии указывает на то, что этот объект — активный «производитель» ионизирующих фотонов. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Компьютерное моделирование показало, что JADES-GS-z13-1-LA наполнена молодыми звездами с низким содержанием тяжелых элементов, которые могут быть источником ионизирующего излучения. Однако более вероятно, что ионизирующее излучение идет от сверхмассивной черной дыры в центре галактики. Эффективный радиус JADES-GS-z13-1-LA составляет примерно 114 световых лет, что меньше, чем у других древних галактик. Это указывает на то, что излучение сосредоточено в центре.

По расчетам авторов исследования, галактика образовала вокруг себя «пузырь» ионизированного межгалактического газа радиусом приблизительно 650 тысяч световых лет. JADES-GS-z13-1-LA — доказательство того, что реионизация Вселенной началась всего через 330 миллионов лет после Большого взрыва.

Впервые телескоп NASA «Джеймс Уэбб» запечатлел яркую аворальную активность на Нептуне. Авроры возникают, когда энергетические частицы, зачастую исходящие от Солнца, проникают в магнитное поле планеты и в конечном итоге сталкиваются с верхними слоями атмосферы. Энергия, высвобождаемая в ходе этих столкновений, создает характерное свечение.

Ранее астрономы наблюдали интригующие намеки на аворальную активность на Нептуне, например, во время пролета NASA «Вояджер 2» в 1989 году. Однако визуализация и подтверждение аврор на Нептуне долгое время оставались вне досягаемости астрономов, несмотря на успешные открытия на Юпитере, Сатурне и Уране. Нептун представлял собой недостающее звено в загадочной цепи обнаружения аврор на гигантских планетах нашей солнечной системы.

«Оказалось, что фактическая визуализация аворальной активности на Нептуне стала возможной лишь благодаря ближнему инфракрасному спектру Уэбба», — отметил ведущий автор исследования Хенрик Мелин из Университета Нортумбрии, проводивший свои исследования в Университете Лестера. «Это было поразительно — не только увидеть авроры, но и детали, а также четкость этого сигнала действительно поразили меня». Результаты работы команды были опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Данные были собраны в июне 2023 года с использованием ближнего инфракрасного спектрографа Уэбба. В дополнение к изображению планеты астрономы получили спектр, который позволил охарактеризовать состав и измерить температуру верхней атмосферы планеты (ионосферы). Впервые они обнаружили чрезвычайно яркую эмиссионную линию, указывающую на наличие трио-водородного катиона (H3+), который может образовываться в аврорах. На изображениях Нептуна, полученных с помощью Уэбба, светящаяся аврора предстает в виде пятен, окрашенных в циановый цвет.

«H3+ является четким индикатором аворальной активности на всех газовых гигантах — Юпитере, Сатурне и Уране. Мы ожидали увидеть то же самое на Нептуне, когда на протяжении многих лет исследовали планету с помощью лучших наземных обсерваторий», — объяснила Хайди Хаммел из Ассоциации университетов по исследованию астрономии, междисциплинарный ученый Уэбба и руководитель программы гарантированных наблюдений, в рамках которой были получены данные. «Только с помощью такого инструмента, как Уэбб, мы наконец смогли подтвердить это».

Аворальная активность, наблюдаемая на Нептуне, также заметно отличается от того, что мы привыкли видеть на Земле или даже на Юпитере и Сатурне. Вместо того чтобы сосредотачиваться на северных и южных полюсах планеты, авроры Нептуна располагаются в географических средних широтах — представьте себе, где находится Южная Америка на нашей планете.

Это связано с необычной природой магнитного поля Нептуна, впервые открытого «Вояджером 2» в 1989 году, которое наклонено на 47 градусов относительно оси вращения планеты. Аворальная активность возникает в тех местах, где магнитные поля взаимодействуют с атмосферой, и, как следствие, авроры Нептуна располагаются далеко от его вращательных полюсов.

Прорывное открытие северного сияния на Нептуне предоставляет уникальную возможность глубже понять, как магнитное поле этой планеты взаимодействует с частицами, исходящими от Солнца и достигающими удаленных уголков нашей солнечной системы, открывая совершенно новое окно в изучение атмосферы ледяных гигантов.

Согласно наблюдениям, проведённым с помощью телескопа «Джеймс Уэбб», команда астрономов впервые измерила температуру верхней атмосферы Нептуна с момента пролета «Вояджера 2». Полученные результаты проливают свет на причины, по которым авроры Нептуна оставались скрытыми от астрономов столь продолжительное время.

«Я был поражён — верхняя атмосфера Нептуна охладилась на несколько сотен градусов», — отметил Мелин. «На самом деле, температура в 2023 году составила чуть более половины от той, что была в 1989 году».

На протяжении многих лет астрономы предсказывали интенсивность аврор Нептуна, основываясь на температурных данных, полученных «Вояджером 2». Значительное снижение температуры приводит к гораздо более тусклым северным сияниям. Это резкое охлаждение, вероятно, объясняет, почему авроры Нептуна оставались недоступными для наблюдения так долго. Кроме того, оно указывает на то, что данная область атмосферы может значительно изменяться, несмотря на то что планета находится более чем в 30 раз дальше от Солнца, чем Земля.

Обладая этими новыми данными, астрономы теперь надеются изучать Нептун с помощью телескопа «Уэбб» на протяжении полного солнечного цикла — 11-летнего периода активности, вызванного магнитным полем Солнца. Полученные результаты могут дать ценное представление о происхождении странного магнитного поля Нептуна и даже объяснить, почему оно так сильно наклонено.

«Когда мы смотрим в будущее и мечтаем о новых миссиях к Урану и Нептуну, мы понимаем, насколько важно иметь инструменты, настроенные на длины волн инфракрасного света, чтобы продолжать изучать авроры», — добавила Ли Флетчер из Университета Лестера, соавтор статьи. «Этот обсерваторий наконец открыл окно в эту ранее скрытую ионосферу гигантских планет». Наблюдения, возглавляемые Флетчер, были проведены в рамках программы гарантированных наблюдений Хаммела под номером 1249.

JWST продолжает "кормить духовной пищей" учёных. Астрономы из Канады, Великобритании, Швейцарии и США продолжают исследовать загадочное рассогласование в данных, полученных с помощью приборов "Уэбба" — NIRCam и NIRISS — при наблюдении за очень тёплым юпитером Вадирум (WASP-80 b), открытым в 2013 году. Это несоответствие может быть вызвано неучтёнными систематическими ошибками в одном из приборов или изменениями погодных условий на планете, которые влияют на плотность дымки. Для разрешения этой загадки необходимы дополнительные наблюдения.

Вадирум вращается вокруг оранжево-красного карлика Петры, известного также как WASP-80, Gaia-TROI-88, TIC 243921117 и другими именами, расположенного в созвездии Орла на расстоянии 162,62 световых лет от Земли. Эта звезда на 51% меньше Солнца и имеет осевое вращение, равное 8,138 земных дней. Планета Вадирум завершает один оборот вокруг своей звезды за 3,067852 земных дня, а её радиус сопоставим с радиусом Юпитера.

Однако по массе Вадирум значительно легче нашего первого газового гиганта. Её масса составляет всего 0,5381 массы Юпитера, что приводит к плотности экзопланеты всего 0,671 грамм на кубический сантиметр. Близость к, пусть и довольно слабой, звезде нагревает атмосферу до 552 °C.

С момента открытия WASP-80 b учёные узнали многое об этой удивительной планете. В 2014 году японские астрономы установили, что состав WASP-80 и её планеты напоминает состав планет Солнечной системы. Они обнаружили высотную дымку, состоящую из нелетучих углеводородов (толинов), образующихся в результате фотохимического разложения метана в атмосфере под воздействием УФ-излучения звезды. К тому же, звезда отличается "вспыльчивым характером".

В 2023 году учёные установили, что атмосфера планеты WASP-80b состоит из метана и водяного пара. Новые исследования выявили и другие вещества в атмосфере: натрий, ацетилен (C2H2), аммиак (NH3), пары синильной кислоты (HCN), сероводород и редкое вещество фосфин (PH3).

Из-за наличия метана планета имеет тёмно-голубой цвет, однако дымка придаёт ей сходство с Титаном. Альбедо (отражательная способность) Вадирум почти равно альбедо Земли, однако по какой-то причине оно изменяется. Возможно, это связано с погодными изменениями на этой планете.