Це був активний заключний день у Перші наукові результати від JWST конференції в Науковому інституті космічного телескопа в Балтиморі, США, де обговорення звернулося до деяких неймовірних спостережень квазарів вище червоного зміщення 6, показуючи, що вони існували понад 12.7 мільярдів років тому.
Будучи компактними ядрами галактик з надзвичайно активними надмасивними чорними дірами, ми знаємо, що квазари можуть сяяти у багато разів яскравіше, ніж галактика-господар. У своїй презентації Джон Сільверман Токійського університету описав, як дані з JWST CEERS (Наука раннього випуску космічної еволюції) дослідження продовжує дослідження дюжини квазарів із високим червоним зміщенням, спочатку ідентифікованих Телескоп Субару на Мауна Кеа.
Під час конференції астрономи жартували, що високе червоне зміщення більше не означає те, що означало раніше. До появи JWST високе червоне зміщення для космічного телескопа Хаббла означало розділення головних галактик квазарів приблизно до червоного зміщення 2, або приблизно 10 мільярдів років у минулому. Зараз JWST розпізнає структури головних галактик навколо квазарів на червоному зміщенні 6 (майже 12.7 мільярдів років тому).
Багато чого сталося у Всесвіті між червоними зміщеннями 2 і 6, і астрономи хочуть побачити, чи співвідношення маси надмасивної чорної діри в центрі галактики відносно маси галактики-господаря (точніше, зоряної маси балдж галактики) все ще зберігає найвище червоне зміщення. Відповідь розповість нам про умови, за яких утворилися надмасивні чорні діри та галактики, і як вони вплинули на зростання одна одної.
Співвідношення мас між надмасивною чорною дірою та балджем галактики навколо неї становить 1:200, причому вважається, що це значення пов’язане зі зворотним зв’язком від чорної діри у вигляді викидів випромінювання, що викидається під час накопичення матерії. Цей зв’язок був вперше кількісно визначений за допомогою спостережень за допомогою космічного телескопа Хаббл у 1990-х роках, і Сільверман назвав його «фундаментальним».
Виявляється, що галактики з високим червоним зміщенням справді також дотримуються цього співвідношення. Сілверман сказав, що астрономи націлилися на червоне зміщення 6, оскільки саме при цьому червоному зміщенні симуляції галактик, як правило, відрізняються найбільше. Те, що астрономам справді потрібно, так це жорсткі та швидкі дані для введення в моделювання, і JWST був радий допомогти.
Типова галактика з квазаром при цьому червоному зсуві має лише 8% яскравості, ніж квазар. Однак фактично можливо видалити відблиск квазара із зображення – оскільки сам квазар виглядає точковим, він проявляється у вигляді дифракційних спайків, які можна видалити за допомогою функції розподілу точок.
JWST вважає галактики досить компактними та дископодібними, з напрочуд чітко окресленими спіральними рукавами та центральними смугами лише через мільярд років після Великого вибуху. У своїй розмові, Медлін Маршаллз NRC Herzberg у Вікторії, Канада, обговорив перші результати квазара з високим червоним зсувом, отримані JWST Спектрометр ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec), встановивши, що їхні чорні діри важать мільярди мас Сонця, а маса галактик-господарів становить близько сотень мільярдів, тому, здається, зберігається співвідношення мас, що спостерігається при меншому червоному зміщенні.
Як саме чорні діри виросли до таких масивних у Всесвіті на такому ранньому етапі все ще обговорюються, але, сподіваюся, JWST почне давати деякі відповіді. Просто щоб уявити потужність телескопа, роздільна здатність JWST настільки висока, що деякі із зображень квазарів показують галактики-супутники, які зливаються або взаємодіють з головною галактикою, мають приливні хвости та спалахи зореутворення зі швидкістю 30–50 сонячних мас. в рік.
Екзопланети і протопланетні диски
Раніше того дня екзопланети та протопланетні диски потрапили в центр уваги. Олів'є Берне з Інституту досліджень астрофізики та планетології в Тулузі знайшли рішення щодо того, як планети можуть формуватися в середовищі, багатому ультрафіолетовою радіацією великих зоряних скупчень.
Ці зоряні скупчення створюють достатню частку гарячих, молодих, масивних зірок, які випромінюють багато ультрафіолетового випромінювання, яке, в принципі, повинно руйнувати протопланетні диски навколо сусідніх зірок меншої маси. Берн повідомив, як астрономи JWST, працюючи з колегами з Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, спостерігали хімічний склад цих вразливих дисків і виявили теплу оболонку молекулярного газу, що оточує їх.
Оболонки багаті поліциклічними ароматичними вуглеводнями, які мають сильну інфрачервону спектральну сигнатуру, що виділяється для JWST. Вони також мають високу ультрафіолетову непрозорість, тому здатні блокувати багато шкідливого ультрафіолету ззовні диска, захищаючи ранні стадії формування планети.
Всередині планетоутворюючого диска
Одним з протопланетних дисків, де формування планет просунулося досить далеко, є PDS 70. Він потрапив у новини в 2018 і 2021 роках, коли астрономи за допомогою ALMA змогли сфотографувати кільця в диску PDS 70, які, здається, були вирізані двома молодими планетами.
Джулія Перотті з Інституту астрономії Макса Планка в Гейдельберзі показали, як JWST тепер може вимірювати хімію у внутрішній області протопланетного диска PDS 70. Схоже, що він збагачений дрібними частинками пилу, які пройшли термічну обробку, можливо, через спалахи від молодої зірки. Тим часом внутрішній диск деформується, можливо, від впливу іншої, невидимої планети. Хімічно вода і кисень також були виявлені в диску. PDS 70 продовжує залишатися нашим найкраще вивченим прикладом планет, які утворюються в диску газу та пилу.
Атмосфери WASP
Між тим, Кевін Стівенсон Лабораторії прикладної фізики Джона Гопкінса повідомили делегатам про спостереження JWST за атмосферами старих екзопланет. По-перше, він розповів про спостереження космічного телескопа WASP-39b – «гарячого Юпітера» за 700 світлових років від нас.
Ці спостереження були зроблені під час проходження WASP-39b навколо своєї зірки, причому частина світла зірки поглиналася атомами та молекулами в атмосфері планети під час її проходження. Використовуючи цю «трансмісійну спектроскопію», JWST виявив окис вуглецю, калій, натрій і воду в атмосфері WASP-39b, а також діоксид сірки, який є продуктом фотохімії.
Це перший раз, коли фотохімічні процеси, під час яких випромінювання зірки змінює молекули, були виявлені на будь-якій екзопланеті. Відсутність сильної метанової лінії на 3.3 мкм також свідчить про те, що фотохімія перетворює метан на інші молекулярні види.
Потім Стівенсон продовжив попередній перегляд результатів іншого гарячого Юпітера – планети WASP-43b, яка знаходиться на відстані 284 світлових років від нас. Коли попередник JWST, космічний телескоп Spitzer, спостерігав за WASP-43b, він не зміг виявити жодного теплового випромінювання з нічного боку планети, що означає, що вона повинна бути холодною, поза межами Spitzer для виявлення.
Стівенсон розповів, що JWST виявив це слабке теплове випромінювання, і – хоча він не зміг надати подробиць – він описав, як проведення цього вимірювання та вимірювання температури нічної сторони дозволить вченим краще обмежити властивості припливно-заблокованого- атмосфера планети.
Спокусливий TRAPPIST-1
Ми також почули нові висновки планетної системи TRAPPIST-1, яка складається із семи планет, що обертаються навколо червоного карлика, що знаходиться на відстані 40 світлових років від нас. Бйорн Беннеке з Університету Монреаля розповів, що JWST провела розвідку атмосфери деяких світів TRAPPIST-1.
Хоча він поки що не міг нічого сказати про те, що JWST позитивно виявив в їх атмосферах, він виявив, що сьома планета, TRAPPIST-1g, ймовірно, не має густої атмосфери, багатої на водень. Це, мабуть, виключало б те, що це т.зв «Гайський» світ, що складається з океану, який зберігається теплим завдяки товстій смузі водню. Оскільки планета «g» знаходиться на самій зовнішній межі населеної зони TRAPPIST-1, це може означати, що без густої ізоляційної атмосфери TRAPPIST-1g може бути занадто холодною, щоб бути придатною для життя, як ми її знаємо.
Триденна конференція стала захоплюючим попереднім переглядом того, як JWST починає трансформувати астрономічні дослідження та дозволяє нам виявляти речі, які досі були абсолютно недоступні астрономам. Іноді презентації на конференціях були надзвичайно легкими щодо деталей – багато хто казав, що їм буде більше про що сказати наступного року, особливо на 241 засідання Американського астрономічного товариства (AAS) 8–12 січня в Сіетлі.
Однак ми повинні пам’ятати, що JWST збирав дані лише півроку. Враховуючи складність як телескопа, так і інформації, яку він збирає, астрономи обережно ставляться до своїх знахідок. Якщо попередні результати першої наукової конференції JWST свідчать про це, то наступні кілька років можуть стати одними з найцікавіших часів для астрофізиків, космологів і планетологів.
Повідомлення Квазари, екзопланети та атмосфери далеких світів: більше про перші результати JWST вперше з'явився на Світ фізики.
