Космический телескоп Джеймс Уэбб — крупнейшая инфракрасная обсерватория, запущенная 25 декабря 2021 года ракетой «Ариан‑5» и работающая на гало‑орбите вокруг точки Лагранжа L2 в 1,5 млн км от Земли, где гигантский пятислойный экран (размером с теннисный корт!) защищает его от тепла Солнца, Земли и Луны. Наблюдая в диапазоне примерно 0,6–28,5 мкм, «Уэбб» заглядывает в эпохи первых галактик, изучает зарождение планет и «погружает» инфракрасный взгляд в пыльные области, недоступные телескопам видимого диапазона.

Сердце обсерватории — составное зеркало диаметром 6,5 м из 18 позолоченных бериллиевых сегментов, раскрывающееся уже в космосе и выравниваемое с точностью до десятков нанометров, чтобы дать резкое изображение на инфракрасных волнах.

Пятислойный термощит из каптона с алюминиевым и кремниевым покрытиями охлаждает оптику ниже ~50 K, а прибор MIRI доводится до ещё более низких температур для работы в среднем ИК‑диапазоне, обеспечивая экстремальную чувствительность к самым тусклым источникам.

Набор инструментов включает NIRCam (изображения и фотометрия в ближнем ИК), NIRSpec (спектроскопия, в том числе мультиобъектная), MIRI (средний ИК) и связку FGS/NIRISS для точного наведения и специальных режимов наблюдений, покрывая ключевые задачи от съёмки до расщепления света на спектр.

Что уже увидел «Уэбб»
Первый «глубокий» снимок SMACS J0723.3−7327 и последующие обзоры показали невероятно далёкие и тусклые галактики, открывая окно в раннюю Вселенную и уточняя темпы звездообразования в юные космические эпохи. В ближнем окружении Солнечной системы обсерватория представила детальные портреты Юпитера с полярными сияниями и тонкими кольцами, показала яркие кольца Нептуна и Урана, а также изучила гейзеры Энцелада и динамику атмосфер на соседних планетах и спутниках. В экзопланетологии телескоп вывел в рутину то, что ещё недавно считалось подвигом: высокоточные спектры транзитных планет с линиями молекул и облачными эффектами, что прокладывает путь к сравнению «климатов» чужих миров.

Работа в точке Лагранжа L2 дарит стабильную «холодную» среду и широкое поле доступного неба, но требует экономного расхода топлива и тщательного теплового баланса, ради чего всё — от щита до ориентации — подчинено строгой терморегуляции. Реальные космические риски тоже не миф: в мае 2022 года один из сегментов ощутил удар микрометеороида, однако тонкая перенастройка оптики удержала качество изображения в пределах требований миссии и позволила продолжить науку без заметной потери остроты. И всё же главная «магия» Золотого ока — сочетание гигантского зеркала, криогенной инженерии и спектроскопии: именно она превращает красивые картинки в измерения, по которым пересобирается история материи — от звёздных материнских коробок до атмосфер далёких планет.

Исследование, проведённое Дженни Фредиани из Стокгольмского университета, выявило протопланетный диск с необычным химическим составом: в регионах, где могут формироваться планеты, подобные Земле, обнаружено неожиданно высокое содержание углекислого газа (CO₂).

Открытие, сделанное с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), ставит под сомнение традиционные представления о химии мест рождения планет. Результаты опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

«В отличие от большинства протопланетных дисков, где во внутренних областях доминирует водяной пар, этот диск удивительно богат углекислым газом», — отмечает Дженни Фредиани, аспирантка Стокгольмского университета. «Воды здесь настолько мало, что её практически не обнаружить резкий контраст с обычными наблюдениями».

Новообразованная звезда окружена газовым облаком, из которого формируется диск, где могут рождаться планеты. В традиционных моделях камешки с водяным льдом из холодного внешнего диска перемещаются во внутренние, где лед сублимируется, создавая сильные следы водяного пара. Однако спектры JWST/MIRI показали мощный сигнал CO₂.

«Это бросает вызов существующим моделям, поскольку высокое содержание углекислого газа по сравнению с водой трудно объяснить стандартными процессами», поясняет Фредиани.

Арьян Бик, научный сотрудник Стокгольмского университета, добавляет: «Такое количество CO₂ в зоне формирования планет неожиданно. Возможно, интенсивное ультрафиолетовое излучение — от звезды-хозяина или соседних массивных звёзд — изменяет химический состав диска».

Также были обнаружены редкие изотопы CO₂, обогащённые углеродом-13 и кислородом-17 и 18, хорошо видимые в данных JWST. Эти изотопы могут помочь понять загадочные изотопные отпечатки в метеоритах и кометах — реликтах формирования Солнечной системы.

Диск с богатым CO₂ расположен в массивной области звездообразования NGC 6357, примерно в 1,7 килопарсеках (около 53 триллионов километров) от Земли. Открытие сделано в рамках проекта XUE, изучающего влияние экстремального ультрафиолетового излучения на химию дисков.

Мария-Клаудия Рамирес-Таннус из Института астрономии Макса Планка и руководитель XUE отмечает: «Это захватывающее открытие показывает, как экстремальные радиационные условия в массивных звёздных регионах меняют строительные блоки планет. Поскольку большинство звёзд и планет формируются в таких условиях, понимание этих процессов важно для оценки разнообразия планетарных атмосфер и их пригодности для жизни».

Прибор MIRI на JWST позволяет астрономам наблюдать удалённые, покрытые пылью диски с беспрецедентной детализацией в инфракрасном диапазоне от 5 до 28 микрон. MIRI сочетает камеру и спектрограф, а также оснащён коронографами для наблюдения экзопланет.

Сравнивая экстремальные условия массивных звёздных областей с более спокойными регионами, исследователи раскрывают экологическое разнообразие, формирующее планетарные системы. Астрономы из Стокгольмского университета и Чалмерса участвовали в разработке прибора MIRI, расширяя возможности изучения процессов формирования планет.

Одной из наиболее сильных сторон космического телескопа NASA "Джеймс Уэбб" является его способность "заглядывать" внутрь областей звездообразования, которые окутаны чрезвычайно плотными газовыми облаками, делающими их недоступными для наблюдений в обычные оптические телескопы.

Ярким примером исследования колыбели звезд является изображение области NGC 346, представляющей собой очень яркий и крупный регион активного звездообразования в Малом Магеллановом Облаке (ММО).

Галактика-соседка с сюрпризами

ММО — карликовая галактика-спутник Млечного Пути, находящаяся на расстоянии около 210 000 световых лет от нас. Эту галактику, расположенную в направлении созвездия Тукана, можно лицезреть невооруженным глазом из Южного полушария Земли и вблизи экватора, но с территории России ее, к сожалению, увидеть не получится.

Ключевая особенность этой галактики — низкое содержание тяжелых элементов по сравнению с Млечным Путем. Дело в том, что все элементы тяжелее водорода и гелия "выпекаются" в ядрах массивных звезд. Когда такие звезды завершают свой жизненный цикл и вспыхивают как сверхновые, они обогащают окружающее пространство новыми химическими элементами.

Космическая пыль состоит преимущественно из тяжелых элементов — кремния, кислорода и других, — поэтому ученые ожидали, что в ММО ее должен быть дефицит. Однако наблюдения "Джеймса Уэбб" показали иную картину.

В регионе NGC 346 сосредоточено огромное количество космической пыли, а значит в прошлом там происходили многочисленные вспышки сверхновых, которые не только локально насытили карликовую галактику тяжелыми элементами, но и дали толчок следующей волне звездообразования.

Кирпичики жизни в космосе

Еще более интригующей находкой стало обнаружение большого количества полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) — сложных органических молекул, которые ученые часто называют "кирпичиками жизни". ПАУ играют важную роль в формировании более сложных органических структур и могут служить основой для зарождения жизни.

Яркие шестиконечные точки на изображении представляют собой протозвезды — светила на ранней стадии эволюции, все еще окутанные плотными газопылевыми оболочками. Согласно оценке астрономов, всего в этом регионе скрываются более 1 000 звездных объектов, большинство из которых протозвезды, продолжающие активно формироваться.

Открытие показывает, что карликовые галактики представляют собой динамично развивающиеся системы. По мере накопления тяжелых элементов и формирования новых поколений звезд они эволюционируют, постепенно становясь все более сложными структурами.

Возможно, именно из подобных карликовых галактик в далеком будущем могут "вырасти" массивные звездные системы, подобные нашему Млечному Пути. Правда, это может произойти только в том случае, если карликовая галактика будет изолирована, а не поглощена более крупной галактикой-соседкой.

Читайте также:

• «Джеймс Уэбб» впервые обнаружил кристаллический водяной лед в протопланетном диске.

• Космический торнадо и далекая галактика: новый снимок телескопа «Джеймс Уэбб».

• «Джеймс Уэбб» запечатлел идеальное кольцо Эйнштейна.