Як тільки президент Байден представив перше зображення з космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) 11 липня, Массімо Паскаль і його команда приступила до дії.
Координуючи Slack, Паскаль, астрофізик з Каліфорнійського університету в Берклі, і 14 співробітників розділили завдання. Зображення показувало тисячі галактик у невеликій частині неба, деякі з них збільшені, оскільки їхнє світло огинається навколо центрального скупчення галактик. Команда приступила до ретельного вивчення зображення, сподіваючись опублікувати першу наукову статтю JWST. «Ми працювали безперервно, — сказав Паскаль. «Це було схоже на квест».
Через три дні, лише за кілька хвилин до денного терміну на arxiv.org, сервері, де вчені можуть завантажувати ранні версії статей, команда подали свої дослідження. Вони втратили можливість бути першими на 13 секунд, «що було досить смішно», - сказав Паскаль.
Команда переможців, Гійом Малер в Даремському університеті у Великобританії та його колеги проаналізували те саме перше зображення JWST. «Було просто задоволення від можливості взяти ці дивовижні дані й опублікувати їх», — сказав Малер. «Якщо ми можемо зробити це швидко, чому ми повинні чекати?»
«Здорова конкуренція», як її називає Малер, підкреслює величезний обсяг науки, яка вже надходить від JWST, через кілька днів після того, як вчені почали отримувати дані від довгоочікуваного мегателескопа з інфрачервоним датчиком.
Світанок часу
Однією з широко рекламованих можливостей JWST є здатність зазирнути в минуле до раннього Всесвіту та побачити деякі з перших галактик і зірок. Телескоп, який був запущений на Різдво 2021 року і зараз знаходиться на відстані 1.5 мільйона кілометрів від Землі, вже помітив найдальшу, найдавнішу галактику з відомих.
Дві команди знайшли галактику, окремо проаналізувавши спостереження JWST для огляду GLASS, одного з понад 200 наукові програми запланований на перший рік роботи телескопа в космосі. Обидві команди, один вів by Рохан Найду в Гарвардсько-Смітсонівському центрі астрофізики в Массачусетсі інші by Марко Кастеллано в Римській астрономічній обсерваторії визначили в даних дві особливо віддалені галактики: одну таку далеку, що JWST виявляє світло, яке випромінювало через 400 мільйонів років після Великого вибуху (порівняння з найстарішою галактикою, яку коли-небудь бачив космічний телескоп Хаббла), а інший, який отримав назву GLASS-z13, видно таким, яким він з’явився через 300 мільйонів років після Великого вибуху. «Це буде найдальша галактика з усіх знайдених», — сказав Кастеллано.
Обидві галактики виглядають надзвичайно маленькими, можливо, у 100 разів меншими за Чумацький Шлях, але вони демонструють дивовижні темпи утворення зірок і вже містять масу нашого Сонця в 1 мільярд разів — більше, ніж очікувалося для таких молодих галактик. Одна з молодих галактик навіть демонструє ознаки дископодібної структури. Будуть проведені додаткові дослідження, щоб розділити їхнє світло, щоб отримати їхні характеристики.
Інша програма раннього Всесвіту також виявила «неймовірно далекі галактики». Ребекка Ларсон, астроном з Техаського університету в Остіні та учасник опитування Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Лише за кілька тижнів дослідження команда зібрала декілька галактик за перші 500 мільйонів років існування Всесвіту, хоча Ларсон та її колеги ще не оприлюднили своїх точних висновків. «Це краще, ніж я собі уявляла, і це лише початок», — сказала вона.
Більш ранні галактики ховаються на зображенні скупчення галактик, представленому президентом Байденом і вивченому Паскалем і Малером. Дзвонив SMACS 0723, скупчення настільки важке, що воно відхиляє світло більш віддалених об’єктів, відкриваючи їх у полі зору. Паскаль і Малер знайшли до 16 віддалених галактик, які були збільшені на зображенні; їхній точний вік ще не відомий.
Телескоп ближче розглянув одну віддалену галактику на зображенні, пляму світла, яка датується 700 мільйонами років після Великого вибуху. За допомогою свого спектрографа JWST виявив важкі елементи, зокрема кисень, у галактиці. Тепер вчені сподіваються, що телескоп виявить відсутність важких елементів у ще більш ранніх галактиках — доказ того, що ці галактики містять лише Населення III зір, гіпотетично перші зірки у Всесвіті, які, як вважають, були жахливо величезними і повністю складалися з водню та гелію. (Тільки коли ці зірки вибухали, вони створювали важчі елементи, такі як кисень, і викидали їх у космос.)
«Ми шукаємо галактики, де не бачимо важких елементів», — сказав Енді Банкер, астрофізик з Оксфордського університету. «Це може бути димом для першого покоління зірок, утворених з первісного водню та гелію. Теоретично вони повинні існувати. Це залежить від того, чи достатньо вони яскраві».
Галактична структура
Для вчених, які прагнуть зрозуміти структуру галактик і те, як у них утворюються зірки, JWST уже надав вражаючі дані.
Одна програма спостереження під керівництвом Джаніс Лі в NOIRLab Національного наукового фонду в Арізоні шукає молоді місця утворення зірок у галактиках. Від імені команди Лі JWST спостерігав за галактикою NGC 24, яка знаходиться на відстані 7496 мільйонів світлових років, чиї молоді області зореутворення досі були оповиті темрявою; Прилади Хаббла не змогли проникнути через густий пил і газ, що оточує ці регіони. JWST, однак, може бачити інфрачервоне світло, яке відбивається від пилу, дозволяючи телескопу досліджувати моменти, коли зірки вмикалися і в їх ядрах спалахував ядерний синтез. «Пил справді запалюється», — сказав Лі.
Найпримітнішим, за її словами, є те, що NGC 7496 є звичайною галактикою, «а не галактикою, яка є написом». Проте під пильним оком JWST він раптово оживає та розкриває канали, де утворюються зірки. "Це просто феноменально", - сказала вона.
Тим часом Джон Барентайн, астроном із фірми зі збереження темного неба Dark Sky Consulting в Арізоні, зробив ще більш випадкове відкриття на одному з перших зображень JWST. Знімок туманності Південне кільце, зроблений телескопом за 2,500 світлових років від Землі, показав дивовижну чіткість. Збоку видніється інтригуюча галактика, яку можна побачити з краю (унікальна точка зору для вивчення центральної опуклості галактики), яку раніше помилково ідентифікували як частину самої туманності.
«У нас є надзвичайно чутлива машина, яка випадково розкриє речі, про які ми навіть не підозрювали, — сказав Барентайн. «Майже на кожному зображенні, яке робить Вебб, варто поглянути на фон».
Око на зірки і планети
Менші цілі також знаходяться в перехресті прицілу JWST, включаючи планети нашої власної Сонячної системи. З'явився Юпітер у чудовому стилі як частина першої серії зображень, зроблених із експозицією, яка тривала лише 75 секунд.
Астрономи знають, що верхні шари атмосфери Юпітера на сотні градусів гарячіші за нижні, але вони не знають чому. Виявивши інфрачервоне світло, JWST міг побачити сяйво нагрітих верхніх шарів атмосфери; він виглядає як червоне кільце навколо планети. «У нас є цей шар на відстані кількох сотень кілометрів над хмарними палубами, і він світиться, тому що він гарячий», — сказав Хенрік Мелін, планетолог з Університету Лестера. «Ми ніколи раніше не бачили такого в глобальному масштабі. Це надзвичайна річ, яку можна побачити».
Програма Меліна планує використовувати JWST найближчими тижнями для вивчення рушійної сили цього нагрівання атмосфери.
На зображенні Юпітера, зробленому JWST, ховається вулканічний супутник Іо, який взаємодіє з полярним сяйвом Юпітера, створюючи невелику горбку полярного сяйва низько в небі планети. На зображенні видно, що «матеріал, що надходить з Іо, тече вниз по лініях магнітного поля», — сказав Мелін. Ефект був помічений раніше, але його легко вибрав JWST, ледь поглянувши на планету.
JWST також досліджує планети в інших зоряних системах. Телескоп уже зазирнув у відому систему TRAPPIST-1, червону карликову зірку з сімома світами розміром із Землю (деякі потенційно придатні для життя), хоча дані все ще аналізуються. Було оприлюднено ранні спостереження менш гостинної планети, «гарячого Юпітера» під назвою WASP-96 b, яка обертається навколо своєї зірки за 3.4 дня.
JWST знайшов водяну пару в атмосфері планети, підтверджуючи наявність води повідомлялося днями раніше by Чима МакГрудер Гарвард-Смітсонівського центру та його колеги, які використовували наземний телескоп. Але JWST може піти далі; спостерігаючи за співвідношенням вуглецю та кисню в WASP-96 b, він може розгадати незрозумілу таємницю гарячих Юпітерів: як вони досягають таких близьких орбіт навколо своїх зірок. Більше кисню свідчило б про те, що газовий гігант спочатку утворився далеко від зірки, де могла конденсуватися вода, тоді як вищий відношення вуглецю свідчило б про те, що він завжди був поблизу.
Тим часом JWST, можливо, помітив тимчасове світло в небі — короткочасну подію, відому як транзиент, — для чого він спочатку не був розроблений. Астроном Майк Енгессер і його колеги з Наукового інституту космічного телескопа в Балтіморі, штат Меріленд (операційний центр JWST), помітили яскравий об’єкт, якого не було видно на зображеннях Хаббла того самого регіону. Вони думають, що це наднова, або зірка, що вибухає, приблизно за 3 мільярди світлових років від нас — доказ того, що телескоп може виявити ці події.
JWST також має бути здатний знаходити набагато більш віддалені наднові, що дасть йому ще один спосіб служити зондом раннього Всесвіту. Він також може виявити, що зірки розриваються надмасивними чорними дірами, які знаходяться в центрах галактик, чого не бачив жоден попередній телескоп. «Вперше ми зможемо зазирнути в ці дуже глибокі, темні області», — сказав він Орі Фокс, астроном з Наукового інституту космічного телескопа, який очолює групу, що вивчає перехідні процеси.
Перехідні процеси, як і інші астрономічні явища, мають бути переосмислені. Після десятиліть планування та будівництва JWST вийшов у небо. Зараз ця проблема йде в ногу з постійним шквалом науки, що йде від машини, настільки складної, але безвідмовної, що майже не віриться, що її створив людський мозок. «Це працює, і це божевільно», — сказав Ларсон.
