«Джеймс Уэбб» уловил свет самых первых галактик во Вселенной

С момента запуска космической обсерватории «Джеймс Уэбб» прошло не так много времени, однако на счету телескопа уже несколько безумных открытий. Так, мы уже видели несколько удивительных изображений Вселенной и даже заглянули в ее далекое прошлое – на целых 11,5 миллиардов лет назад. Теперь же, с помощью этой инфракрасной обсерватории астрономы смогли наблюдать древнейшие галактики с квазарами – одними из самых ярких объектов во Вселенной – они светятся так сильно, что могут затмить собой свет от галактик. Отметим, что с момента открытия квазаров в конце 1950-х годов ученые пытались исследовать галактики, в которых они находятся. Новое открытие имеет решающее значение для понимания как совместной эволюции галактик и черных дыр, так и того, что происходило в ранней Вселенной.

«Джеймс Уэбб» уловил свет самых первых галактик во Вселенной. На снимке, полученном с помощью телескопа «Джеймс Уэбб», черная дыра выглядит как красное пятно. Фото.

На снимке, полученном с помощью телескопа «Джеймс Уэбб», черная дыра выглядит как красное пятно

Квазары – самые яркие объекты в космосе

Недавно команде астрономов NASA впервые удалось наблюдать древние галактики, внутри которых находятся квазары – одни из самых ярких объектов в наблюдаемой Вселенной. Свет от галактик, в которых находятся питающие их сверхмассивные черные дыры, или квазары, помогает ученым понять, как эти таинственные объекты вырастают до масс, эквивалентных миллионам или миллиардам солнц, и как они эволюционируют.

25 лет назад удивительным событием было наблюдение галактик с квазарами возрастом 3 миллиарда лет. Тогда увидеть их удалось с помощью больших наземных телескопов. Теперь же, благодаря космической обсерватории Джеймса Уэбба мы наблюдаем квазары возрастом 10 миллиардов лет, а также галактики, в которых возникли первые сверхмассивные черные дыры, – говорится в заявлении соавтора нового исследования Кнуда Янке из Института астрономии Макса Планка.

Квазары, о которых идет речь, были помечены как J2236+0032 и J2255+0251, а впервые их обнаружили в 2015 и 2017 годах с помощью наземного телескопа Subaru telescope на Мауна-Кеа (Гавайи). Свет от них появился в то время, когда Вселенной было 870 и 880 миллионов лет соответственно. К счастью, это не самые яркие квазары, так что Уэбб смог их разглядеть.

Квазары – самые яркие объекты в космосе. Квазар HSC J2236+0032, наблюдаемый космическим телескопом Джеймса Уэбба. Фото.

Квазар HSC J2236+0032, наблюдаемый космическим телескопом Джеймса Уэбба.

Квазары, питаемые сверхмассивными черными дырами, окруженными газом и пылью, излучают так много света, что часто могут затмить все звезды в галактике, в которой они находятся. Считается, что почти в центре каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра, но не все они – квазары. Например, сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, Стрелец A* (Sgr A*), потребляет так мало вещества, что ее энергии недостаточно для питания квазара.

Самые древние галактики во Вселенной

Так как возраст нашей Вселенной оценивается примерно в 13,8 миллиардов лет, обнаруженные галактики являются одними из самых древних на сегодняшний день. Чтобы достигнуть Земли, свету потребовалось 12,9 и 12,8 миллиардов лет!

Данные, полученные в ходе наблюдений, показали, что масса обнаруженных галактик в 130-30 миллиардов раз превышает массу Солнца, а массы черных дыр внутри них составляют 1,4 миллиарда солнечных масс и 200 миллионов солнечных масс соответственно. Эта информация не только дает представление о ранних галактиках, но и показывает, что их масса, как и масса черных дыр, похожа на ту, что наблюдается у галактик, сформировавшихся намного позже.

Самые древние галактики во Вселенной. Квазары возникают, когда в сверхмассивную черную дыру попадает слишком много газа. Фото.

Квазары возникают, когда в сверхмассивную черную дыру попадает слишком много газа.

Мы считаем квазары одними из самых экстремальных космических объектов во Вселенной, и на то есть веские причины. Эти объекты питаются сверхмассивными черными дырами, окруженными пылью и газом, большая часть которых срастается с черными дырами в центрах галактик. Квазары известны благодаря своему яркому свету, и хотя во всех галактиках есть сверхмассивные черные дыры, не все они становятся квазарами, – говорится в работе.

Отметим, что формирование квазаров до сих остается загадкой для ученых. Астрономы полагают, что массы сверхмассивных черных дыр каким-то образом связаны с цепочкой галактических слияний, что в конечном итоге приводит к тому, что черные дыры в центре галактик яростно сталкиваются друг с другом и создают еще большие черные дыры.

Существует, однако, и другое предположение – когда сверхмассивная черная дыра поглощает достаточно материала, чтобы стать квазаром, излучение, которое она выбрасывает, регулирует количество материала, доступного как для питания квазара, так и для формирования новых звезд. Таким образом, когда у квазару «нечем питаться» и он перестает расти, звездообразование в галактике также замедляется.

Но какова бы ни была причина этой взаимосвязи, астрономы до сих пор не знают, относится ли она к галактикам и их сверхмассивным черным дырам в ранней Вселенной. Отметим также, что полученные результаты представляют собой лишь часть наблюдений Уэбба за далекими квазарами.

Самые древние галактики во Вселенной. Наблюдения «Уэбба» дают ценный материал для изучения эволюции галактик и квазаров на ранних этапах формирования Вселенной. Фото.

Наблюдения «Уэбба» дают ценный материал для изучения эволюции галактик и квазаров на ранних этапах формирования Вселенной

Так, самый мощный космический телескоп в мире сегодня наблюдает еще за десятью квазарами, питаемых черными дырами, и их галактиками. Новое исследование имеет решающее значение для понимания образования сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной. Ознакомиться с полным текстом научной работы можно в журнале Nature.

Уэбб и кольца Сатурна

Помимо наблюдений за квазарами и галактиками, сформировавшимися в ранней Вселенной, телескоп Джеймса Уэбба c 25 июня 2023 года изучает планеты Солнечной системы. Так, недавно были опубликованы снимки Сатурна и трех его лун – Диона, Энцелад и Тетис.

Исследователи отмечают, что наблюдения окольцованной планеты в ближнем инфракрасном диапазоне являются первыми для высокочувствительного телескопа, который, находясь на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли, наблюдает Вселенную с длинами волн света, превышающими длины волн других космических телескопов.

Уэбб и кольца Сатурна. На снимке Сатурн кажется чрезвычайно темным, поскольку газообразный метан поглощает почти весь солнечный свет, попадающий в атмосферу. Фото.

На снимке Сатурн кажется чрезвычайно темным, поскольку газообразный метан поглощает почти весь солнечный свет, попадающий в атмосферу.

Первоначальные снимки, полученные с помощью NIRCam (камеры ближнего инфракрасного диапазона), заинтересовали исследователей. Ледяные кольца газового гиганта остаются относительно яркими, что приводит к необычному внешнему виду планеты.

Сам Сатурн кажется чрезвычайно темным из-за почти полного поглощения солнечного света газообразным метаном. Кольца, однако, остаются яркими, создавая “необычный внешний вид” планеты на этой фотографии, – сообщает NASA.

Снимки позволили астрономам обнаружить удивительные подробности об атмосфере Сатурна. Напомним, что атмосфера и кольца газового гиганта на протяжении многих лет наблюдались другими миссиями, включая «Пионер-11», «Вояджер-1» и «Вояджер-2», а также «Кассини». В будущем, как отмечают исследователи, Уэбб предоставит дополнительные и более подробные снимки, с помощью которых можно будет детально изучить эту окольцованную планету, ее кольца и луны.

Уэбб и кольца Сатурна. Так выглядит Сатурн на более ранних снимках, сделанных «Уэббом». Фото.

Так выглядит Сатурн на более ранних снимках, сделанных «Уэббом»

Запущенный в 2021 году космический телескоп «Джеймс Уэбб» и дальше будет внимательно изучать планеты Солнечной системы, начало времен, позволив нам увидеть самые первые звезды и галактики во Вселенной. Словом, впереди нас ожидает немало увлекательных открытий!