Вы, конечно, видели первые снимки телескопа «Джеймс Уэбб». Но, кажется, мы все смотрели не туда
Почему у звезд лучи, а галактики такие разноцветные? Это вообще фото? 17 деталей, которые вы могли пропустить
12 июля NASA представило первый набор научных данных, полученных телескопом «Джеймс Уэбб», в том числе несколько изображений: гравитационной линзы в скоплении галактик SMACS 0723, туманностей Киля и «Южное кольцо» и других объектов. Большую часть из них уже снимали ранее — как телескоп «Хаббл», так и просто астрономы-любители. На парных сравнениях изображений порой не совсем ясно, чем снимки «Джеймса Уэбба» отличаются от «фотографий» его предшественников. На самом деле отличий много, и они касаются не только четкости изображения: из-за своей чувствительности к инфракрасному излучению «Джеймс Уэбб» видит гораздо глубже как в пространстве, так и во времени. Научный журналист Кристина Уласович по просьбе «Медузы» объясняет, на какие фрагменты снимков стоит обратить внимание, чтобы лучше понять научное значение нового космического телескопа.
Как изучать снимки в этом материале? Кликайте на кружочки с буквой i, расположенные прямо на снимках, — и вы увидите наши комментарии.
Скопление галактик SMACS 0723
Само скопление SMACS 0723.
Эта яркая звезда — один из немногих объектов на снимке, который находится в Млечном пути.
Лучи, которые расходятся из центра этой и других звезд, появляются в результате дифракции, специфичной для строения телескопов-рефлекторов, таких как «Джеймс Уэбб».
Вселенная на этом снимке выглядит так, будто ее размешали чайной ложкой. Все дело в гравитационном линзировании: массивные галактики и их скопления своей гравитацией способны искривлять направление, в котором идет свет. Подобно стеклянной линзе они собирают и усиливают излучение от объектов, находящихся за ними — например, других галактик. Несмотря на то, что форма последних искажается (в результате чего они превращаются в растянутые «лепешки»), гравитационное линзирование полезно, чтобы исследовать очень далекие и тусклые галактики, которые иначе разглядеть бы не удалось.
Эта галактика относится, как и наш Млечный путь, к классу спиральных. Однако, в отличие от нашей, мы видим ее «сверху», что позволяет легко рассмотреть структуру. Подобные галактики обычно заполнены более горячими и молодыми звездами, которые светятся беловато-голубоватым светом.
Это рыжее пятно — эллиптическая галактика, еще один распространенный тип галактик во Вселенной. В определенном смысле они «мертвы»: здесь почти не происходит образования новых звезд, а массивных голубых звезд крайне мало — остались только старые и красные светила.
Эта спиральная галактика имеет форму латинской N — по-видимому, она деформировалась в результате масштабного столкновения. Например, столкновения с другой галактикой.
Красноватый оттенок галактик на снимке не всегда связан с тем, что в их составе много старых звезд. Некоторые приобретают такой цвет из-за эффекта космологического красного смещения, которое тем больше, чем дальше от нас она расположена. Способность разглядеть далекие галактики с большим красным смещением — одна из ключевых особенностей телескопа «Джеймс Уэбб», которая отличает его от «Хаббла».
На снимке — изображение массивного скопления галактик под названием SMACS 0723, которое находится в Южном полушарии небесной сферы, в созвездии Летучей Рыбы. Это не только одно из первых изображений «Джеймса Уэбба», но и самое глубокое и четкое на сегодня изображение какого-либо из уголков Вселенной в инфракрасном диапазоне.
Практически все, что видно на снимке, снято в невидимой человеку инфракрасной области спектра. Другими словами, цвета на изображении — результат сдвига длин волн звезд и галактик в оптическую область. Это не значит, что данный участок неба для гипотетического «невооруженного глаза» (если допустить возможность такого увеличения) будет выглядеть радикально другим. Просто те же звезды и галактики в оптическом диапазоне будут гораздо более размытыми и тусклыми. Размытыми — из-за космической пыли, тусклыми — из-за того, что бо́льшая часть излучения у объектов приходится на инфракрасную часть спектра.
Процесс получения таких изображений довольно сложный. Сначала информация, собранная инструментами «Джеймса Уэбба», отправляется на Землю, где ее обрабатывают специалисты. Обычно процесс занимает недели, но в этот раз ученым пришлось работать быстрее, и они справились за шесть дней. В итоге получается файл с метаданными и черно-белым изображением в разных фильтрах. Чтобы сделать картинку цветной, ученые назначают различным длинам волн различные цвета (обычно длинные волны делают более красными, а короткие — голубыми). Далее начинается творческий процесс: специалисты корректируют тона, стараясь достичь баланса между эстетикой и научной достоверностью. В реальности некоторые детали на изображении, конечно, не были бы видны человеческому глазу.
Общее время экспозиции этого снимка составило 12,5 часа. Для астрономических изображений это не очень много. Например, у «Хаббла» на подобное изображение ушли недели — «Джеймс Уэбб» создан для наблюдения объектов примерно в сто раз тусклее, чем те, что может обнаружить «Хаббл».
Отдельного упоминания на снимке требуют лучи, заметные вокруг точечных источников света. Такие лучи характерны для всех телескопов-рефлекторов — тех, что собирают свет с помощью зеркал, а не линз. Рефлекторы обычно имеют большое главное зеркало, которое собирает свет и отражает его на меньшее (вторичное) зеркало. С последнего излучение направляется в научные приборы, которые имеют светочувствительные матрицы (вроде тех, что находятся в цифровых камерах).
Вторичные зеркала удерживаются на некотором расстоянии от главного зеркала опорными стойками. Свет огибает эти стойки за счет эффекта дифракции, что и приводит к появлению лучей, каждый из которых перпендикулярен самой стойке. Всего таких стоек три, а лучей — шесть. Но это еще не все: свет взаимодействует и с главным зеркалом «Джеймса Уэбба», которое состоит из шестиугольных «лепестков». Это дает еще шесть дифракционных лучей. Чтобы искажений было меньше, телескоп спроектирован так, что часть лучей накладывается друг на друга.
Интересно, что по этим лучам можно легко отличить снимки «Хаббла» от снимков «Джеймса Уэбба»: на снимках «Хаббла» всегда четыре дифракционных луча, а на снимках «Джеймса Уэбба» — восемь (два из них могут быть очень тусклыми, поэтому кажется, будто лучей всего шесть).
Квинтет Стефана
Хотя эту группу галактик называют квинтетом, по-настоящему близки друг к другу лишь четыре галактики. NGC 7320 не участвует в «космическом танце». В то время как остальные объекты удалены от Земли примерно на 290 миллионов световых лет, эта галактика находится существенно ближе к Земле — а именно, в 40 миллионах световых лет от нас.
Галактики NGC 7318.
На снимке видна огромная ударная волна, возникшая во время столкновения двух галактик: NGC 7318A и NGC 7318B.
Галактика NGC 7317.
Компактные группы — своего рода лаборатории, в которых астрономы могут наблюдать за слиянием и взаимодействием галактик. Это очень важно для понимания эволюции галактик и процессов, запускающих рождение новых звезд.
Квинтет Стефана, расположенный в созвездии Пегаса, был открыт в 1877 году. Эта огромная мозаика — самое большое изображение «Уэбба» на сегодняшний день. Оно содержит более 150 миллионов пикселей и состоит из почти 1000 отдельных снимков.
Туманность «Южное кольцо»
Большинство разноцветных светящихся точек на изображении — это галактики, не звезды.
В центре туманности находится белый карлик — бывшее ядро обычной звезды, которая сбросила свою газовую оболочку. Рядом с ней еще видна активная звезда-компаньон. В будущем она, вероятно, породит собственную туманность.
Рассмотреть структуру газовых облаков туманности в таких подробностях, как это позволяет «Джеймс Уэбб», еще не удавалось. Внешние слои облака были выброшены раньше, чем внутренние, самые «свежие». Изучение формы газовых облаков позволяет проследить эволюцию системы.
Туманность «Южное кольцо» находится примерно в 2,5 тысячи световых лет от Земли. Она образовалась из сброшенных внешних газовых оболочек умирающей звезды. Завораживающее своей красотой «Южное кольцо» имеет диаметр почти в половину светового года, то есть свету требуется около шести месяцев, чтобы преодолеть расстояние от одного до другого края туманности. Благодаря данным, полученным «Джеймсом Уэббом», ученые смогут создать уникально точную трехмерную модель «Южного кольца» и попытаться экстраполировать в прошлое его судьбу, чтобы понять, как именно оно сформировалось.
Туманность Киля
Кромка туманности получила прозвище «космические скалы». Самые высокие «пики» на этом изображении имеют высоту около 7 световых лет.
Впадины по краям газопылевого облака образовались под воздействием звездного ветра от молодых, горячих и массивных светил, часть которых видна в верхней части изображения.
Благодаря своей чувствительности в длинноволновой области «Джеймс Уэбб» может разглядеть сквозь пыль молодые «звездные колыбели» и отдельные светила. Обычно ранние стадии звездообразования очень трудно поймать, так как они довольно скоротечны и происходят внутри непрозрачных скоплений газа и пыли. Однако исключительное угловое разрешение телескопа, его светочувствительность и тот факт, что он работает в инфракрасном диапазоне (а ИК-волны могут проходить сквозь пыль) позволяют вести хронику этих событий.
Туманность Киля — это турбулентное облако газа и пыли всего в 7600 световых лет от Земли, внутри нашей галактики (напомним, на первом снимке были показаны галактики, удаленные от нас на миллиарды лет). Здесь рождаются и умирают одни из самых ярких и массивных звезд Млечного Пути. Исследовав подобные области, ученые смогут ответить на некоторые важнейшие вопросы современной астрофизики: как формируются различные звезды и чем определяется количество светил в отдельных областях газовых облаков.
Кристина Уласович