Джеймс Уэбб сделал уникальные снимки газовых гигантов в системе HR 8799. Помимо прямого изображения экзопланет, он определил, что их атмосферы насыщены углекислым газом. Это открытие подтверждает теорию, что экзопланеты формировались так же, как Юпитер и Сатурн — сначала наращивая твёрдое ядро, а затем захватывая газ из протопланетного диска. HR 8799 — молодая система возрастом всего 30 миллионов лет. Её планеты ещё весьма горячи после своего рождения, что делает их яркими в инфракрасном свете и позволяет учёным детально изучать их химический состав. Звезда находится в 130 световых годах от нас, а ближайшая экзопланета системы вращается на расстоянии 2,4 миллиарда километров от нее — примерно как Уран удален от Солнца. На изображении звезда HR 8799 отмечена символом, ведь её свет заблокирован коронографом Джеймса Уэбба, чтобы раскрыть скрытые миры вокруг неё.
Космический телескоп имени «James Webb», запущенный в 2021 году, открыл новую страницу в наблюдении за внеземными мирами. Впервые с его помощью удалось получить прямое изображение неизвестной ранее экзопланеты. Об открытии сообщается журнале Nature.
Экзопланеты обычно обнаруживаются косвенными методами, так как они чрезвычайно тусклы и находятся слишком близко к своим звездам. Однако команда ученых использовала специальный коронограф французской разработки, установленный на инструменте MIRI телескопа «James Webb». Он маскирует свет звезды, позволяя разглядеть ее окрестности – аналогично тому, как во время солнечного затмения становится видно корону Солнца.
Новый внесолнечный мир обнаружен внутри пылевого диска вокруг молодой звезды TWA 7 возрастом примерно 6,4 миллиона лет. Система интересна тем, что в ее диске наблюдаются три концентрических кольца, одно из которых особенно узкое и ограничено почти пустыми зонами. Именно в этом узком кольце удалось заснять яркий источник, который, по результатам моделирования, оказался экзопланетой, получившей обозначение TWA 7 b.
По массе TWA 7 b сопоставима с Сатурном – примерно в 10 раз «легче» тех экзопланет, которые удавалось запечатлеть ранее. Это серьезный шаг вперед в направлении прямого наблюдения все более мелких и, возможно, землеподобных миров.
Телескоп James Webb сфотографировал экзопланету с массой, подобной массе Сатурна, вращающуюся вокруг звезды TWA 7. Свет от нее был удален из этого изображения, чтобы обнаружить планету в протопланетном диске.
Открытие подтверждает эффективность метода и демонстрирует потенциал «James Webb» в поиске маломассивных планет. Ученые надеются, что в будущем телескоп сможет различать даже планеты с массой всего 10 процентов от массы Юпитера. Уже сегодня специалисты составляют список перспективных систем, которые могут стать следующими целями для наблюдений с использованием все более совершенных коронографов и телескопов нового поколения.
Астрономы, работающие с космическим телескопом Джеймса Уэбба, наткнулись на одну из самых загадочных находок в недавней истории изучения экзопланет. Питер Гао из Лаборатории изучения Земли и планет Карнеги в Вашингтоне, соавтор исследования, рассказал:
Помню, после получения данных наша коллективная реакция была "Что это, чёрт возьми, такое?" Это крайне отличается от того, что мы ожидали.
Команда обнаружила экзопланету PSR J2322-2650b, которая вращается вокруг небольшой плотной звезды, излучающей электромагнитную радиацию – пульсара. Подобные пары называют системами "чёрная вдова", где быстро вращающийся пульсар соседствует с меньшим астрономическим телом. Сама по себе система "чёрная вдова" не редкость, но эта пара вызвала вопросы о том, как экзопланета изначально сформировалась.
Близость экзопланеты к пульсару и его интенсивное гравитационное притяжение исказили её в продолговатую форму лимона. Ещё более необычно то, что PSR J2322-2650b обладает уникальной атмосферой, состоящей в основном из гелия и углерода.
Вместо того чтобы найти обычные молекулы, которые мы ожидаем увидеть на экзопланете – такие как вода, метан и углекислый газ – мы обнаружили молекулярный углерод.— Майкл Чжан из Чикагского университета
Учитывая странную атмосферу, команда не уверена, как сформировалась экзопланета.
Очень трудно представить, как можно получить такой чрезвычайно обогащённый углеродом состав. Это, кажется, исключает все известные механизмы формирования.
Пока что это открытие остаётся ещё одной загадкой Вселенной.
Оно демонстрирует самый настоящий водоворот, состоящий из бесчисленного множества галактик. Хотя конечно в реальности это лишь оптический эффект, предсказанный теорией относительности. Дело в том, что в центре снимка находится галактическое скопление Abell S1063 (расстояние до него — 4,5 млрд световых лет). Оно настолько массивно, что его гравитация выступает в качестве линзы, усиливая свет, испускаемый находящимися позади него более далекими галактики, а также искривляя их изображения в различные причудливые формы.
Астрономы очень любят гравитационные линзы. Подобные космические увеличительные стекла позволяют им наблюдать объекты, которые при обычных обстоятельствах были бы слишком тусклы, чтобы их смогли увидеть даже самые мощные из существующих телескопов.
Специалисты NASA опубликовали новое изображение галактики M82, известной как галактика Сигара, которое получила орбитальная обсерватория «Джеймс Уэбб» (JWST ).
Галактика M82 изобилует новыми и молодыми звездами, в ней идет активный процесс звездообразования. Для сравнения: в M82 новые звезды рождаются в 10 раз быстрее, чем в галактике Млечный Путь.
Хотя галактику Сигара внимательно изучали и другие космические обсерватории, такие как «Спитцер» и «Хаббл», именно благодаря разрешению и чувствительности «Джеймса Уэбба» астрономы получили возможность рассмотреть M82 в новом свете.
Слева — изображение с процессом звездообразования в галактике M82, которую наблюдал телескоп «Хаббл» в 2006 году. Маленький квадрат в ядре галактики соответствует области, зафиксированной инструментом NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона) космического телескопа «Джеймс Уэбб»
На новом изображении заметно, как галактические ветры и ударные волны, вызванные молодыми звездами и сверхновыми, влияют на газ и пыль, из которых формируются светила.
На нём видно кольцо, которому далеко до колец Сатурна. Оно, вероятно, формируется, когда метеороиды падают на небольшие спутники Юпитера, разрушаются, и их вещество выбрасывается на орбиту.
Ещё на снимке видно Большое Красное Пятно Юпитера (здесь оно белое). Слева от Юпитера — Европа, от которой расходятся дифракционные лучи. А на самом Юпитере, слева от Большого Красного Пятна, — тень от Европы.
Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» получила новое изображение одного из самых известных объектов в небе — туманности Конская Голова.
Барнард 33, или Конская Голова, — темная туманность в созвездии Ориона. Она расположена примерно в 1300 световых годах от Солнца.
Туманность видна как темное пятно в форме конской головы на фоне красного свечения. Это свечение объясняется ионизацией водородных облаков, находящихся за туманностью, под действием излучения от ближайшей яркой звезды (ζ Ориона).
Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» не обнаружил плотной и богатой водой атмосферы у близкой к Солнцу суперземли GJ 486b. Предыдущие результаты наблюдений ученые считают ошибочными из-за звездного загрянения.
Одна из основных научных задач запущенного в 2021 году в космос «Джеймса Уэбба» заключается в поисках и определении свойств атмосфер у экзопланет, аналогичных планетам земной группы в Солнечной системе. В частности, для землеподобных экзопланет, обращающихся вокруг красных карликов, которые могут порождать мощные вспышки и интенсивные потоки рентгеновского и ультрафиолетового излучения, интересно отследить, как меняется скорость эрозии атмосфер по мере удаления от звезды и как это влияет на потенциальную обитаемость.
Группа астрономов во главе с Меган Мэнсфилд (Megan Mansfield) из Обсерватории Стюарда опубликовала результаты спектроскопических наблюдений за экзопланетой GJ 486b при помощи инструмента MIRI «Джеймса Уэбба». Наблюдения велись во время вторичных затмений (когда экзопланета проходит позади звезды) 29 мая и 1 июня 2023 года.
GJ 486b относится к суперземлям, с массой 2,77 масс Земли и радиусом 1,28 масс Земли, что предполагает горные породы в составе. Она обращается вокруг красного карлика и является третьей по близости к Земле транзитной экзопланетой земной группы. Ранее «Джеймс Уэбб» наблюдал за ней во время события транзита, тогда ученые посчитали, что атмосфера у планеты есть и в ней есть водяной пар, однако результаты оставались предметом споров.
Новые спектры теплового излучения от экзопланеты лучше всего вписываются в модель скалистой планеты, которая либо лишена атмосферы и обладает малым альбедо, либо обладает тонкой атмосферой, в которой есть следы водяного пара (менее одного процента) или углекислоты. Модели плотной атмосферы, подобной земной или венерианской, или атмосферы, богатой водяным паром, которые предлагались ранее, не подходят. Ученые считают, что лучше всего подходит модель без атмосферы, а спектры, полученные ранее, интерпретированы неправильно, следы воды, скорее всего, родом из фотосферы звезды.
В 2017 году методом транзита была открыта экзопланета LHS 1140 b на расстоянии 50 световых лет от Земли. Приливной захват удерживает планету всё время одной стороной к своей звезде (тусклому красному карлику), постоянно нагревая одну сторону.
Предположительно, на освещенной стороне может быть до 20°C, что является комфортной температурой для зарождения биологической жизни. Плотность экзопланеты составляет 5,6 г/см3. Её радиус в 1,76 раза больше земного, а масса больше массы Земли в 5,6 раза. Если на всей остальной части планеты средняя температура около -50 °C, то получается, что LHS 1140 b почти вся покрыта льдом, за исключением относительно небольшой части, диаметр которой около 4000 км. Это делает её похожей на глазное яблоко.
Для сбора данных использовался космический телескоп «Джеймс Уэбб».
Астрономы рассмотрели систему молодой звезды T Cha, которая пребывает на последнем этапе формирования. Из протопланетного диска уже начали исчезать газ и пыль. Ученые уверены, что это результат нескольких процессов, в том числе воздействия звездного ветра, но напрямую его засечь не удавалось — до наблюдений с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб».
Рассеивание протопланетного диска играет большую роль в эволюции системы. От того, когда и как исчезает диск, зависит формирование и миграция планет. В системах вроде Солнечной вблизи звезды преобладают каменистые планеты, а газовые гиганты оказываются вдалеке. Куда девается газ из внутренней области системы? Новое исследование доказало, что разобраться в этом поможет космический телескоп «Джеймс Уэбб».
Еще недавно ученые считали, что внутренняя часть диска исчезает сама по себе. Из-за трения пыль и газ замедляются и «падают» в звезду. Играет роль и фотоиспаряющий ветер — высокоэнергетические фотоны, разлетающиеся от звезды и «сдувающие» диск. Проблема в том, что этот ветер начинает действовать на довольно большом расстоянии, где ослабевает притяжение светила.
За последние несколько лет с помощью компьютерного моделирования на уровне микрофизики исследователи выяснили, что «падение» в звезду — результат скорее не трения, а воздействия магнитогидродинамического ветра. Ускоренные магнитным полем звезды потоки газа замедляют вращение протопланетного диска, и его вещество начинает «падать» в центр системы. Ученые предположили, что различить влияние фотонов и магнитого поля можно по смещению спектральных линий аргона и неона, ионизированных излучением. И вот им это удалось.
В качестве объекта для наблюдений астрономы выбрали T Cha, яркую молодую звезду спектрального класса G (желтый карлик типа нашего Солнца), расположенную в 336 световых годах от нас. Ей от двух до десяти миллионов лет. Главное — прошлые наблюдения выявили сильное излучение неона [Ne II], как раз одну из линий, за которыми «охотились» авторы.
Другая особенность системы T Cha — строение протопланетного диска. Газ в нем распределен сплошным слоем, а вот в пыли — огромный разрыв как раз во внутренней области системы. На расстоянии от одной до 20 астрономических единиц от звезды пыли нет.
По одним лишь спектральным линиям ученые не могли определить: можно считать неон показателем только «магнитного» ветра во внутренней области системы или он «подсвечивает» и высокоэнергетические фотоны. Поэтому нужны были система вроде T Cha с большим разрывом и мощный телескоп, способный уловить перепады излучения между внутренней областью протопланетного диска и внешней.
Иллюстрация строения протопланетного диска у звезды TCha. Ветер создают фотоны. По предположению авторов исследования, сильное ультрафиолетовое излучение ионизирует аргон, а рентгеновское — неон
«Впервые мы использовали неон для изучения протопланетных дисков больше десяти лет назад, тестировали наши компьютерные вычисления на данных телескопа „Спитцер“ и новых наблюдениях, полученных с помощью Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории в Чили. Мы многое узнали, но те наблюдения не позволили нам измерить, сколько массы теряют диски в этом процессе. Новые данные „Джеймса Уэбба“ удивительны, я и не думал, что будет возможно различить в данных ветер. „Джеймс Уэбб“ позволит нам как никогда раньше разобраться в эволюции молодых систем, как только мы получим еще больше наблюдений вроде этих», — объяснил один из авторов нового исследования Ричард Александр, профессор Школы физики и астрономии Лестерского университета (Великобритания).
Впервые ученым удалось различить колебания неона [Ne II] и засечь в протопланетном диске аргон [Ar III]. По словам авторов работы, опубликованной в журнале The Astronomical Journal, линии газов указывают на поздний этап формирования системы, и их можно объяснить как «магнитным» ветром, так и «фотонным».
Более того, по подсчетам, которые будут опубликованы в сопровождающих статьях, из-за влияния ветров за год диск T Сha теряет массу, сопоставимую с Луной. Сопоставив новые наблюдения с данными «Спитцера», авторы исследования выдвинули предположение, что современное поколение ученых сможет увидеть, как исчезнет вся пыль из внутреннего диска, так быстро он «рассасывается». Главное, что это исследование в очередной раз доказало возможности «Джеймса Уэбба»: с его помощью астрономы смогут гораздо глубже погрузиться в изучение эволюции протопланетных дисков.
WASP-43 b — экзопланета, по размеру похожая на Юпитер, вращающаяся на расстоянии всего чуть более 2 миллионов километров от звезды, что примерно составляет двадцать пятую часть дистанции от Меркурия до Солнца.
Подобно Луне и Земле, экзопланета находится в приливном захвате своей родительской звезды, что делает одну ее сторону светлой и раскаленной, а другую темной и менее горячей.
Исследования проводились транзитным методом с помощью вторичного затмения. Когда экзопланета начинала скрываться за звездой или наоборот появляться за ней, WASP-43 b была обращена к телескопу светлой стороной. Это позволило зафиксировать максимальную яркость системы. Измерения показали, что температура светлой стороны составляет около 1250 ℃. Когда экзопланета проходила по диску звезды, то есть обращена к телескопу ночной стороной, приборы фиксировали данные, указывающие на температуру около 600 ℃.
Помимо температуры ученые установили наличие молекул водяного пара и отсутствие метана, которое очень удивило специалистов.
«Тот факт, что мы не видим метана на ночной стороне, говорит о том, что скорость ветра на WASP-43b должна достигать примерно 8 000 км/ч», - объясняет автор исследования Джоанна Барстоу. «Если ветры перемещают газ с дневной стороны на ночную и обратно достаточно быстро, то для ожидаемых химических реакций не хватит времени, чтобы произвести заметное количество метана на ночной стороне»
Именно так когда-то формировалось наше Солнце, положив начало цепи событий, которая спустя 4,6 миллиарда лет привела к появлению нас с вами.
Этот кадр — окно в прошлое. На нём запечатлён протопланетный диск HH-30, расположенный примерно в 477 световых годах от Земли.
Благодаря снимку, сделанному космическим телескопом «James Webb», учёные получают ценную информацию о процессах звездообразования — а возможно, и о далёких истоках нашей собственной истории. Кто знает, может быть, через сотни миллионов лет и в этой системе появится жизнь, которая однажды посмотрит в небо и задумается о своём происхождении?
Она расположена на расстоянии около 800 световых лет от нас в созвездии Тельца. Подобные туманности возникают на завершающем этапе эволюции звезды с массой от 0,8 до 8 солнечных, когда красный гигант или сверхгигант сбрасывает свои внешние слои.
Несмотря на название, планетарные туманности не связаны с планетами. Такое имя они получили из-за визуального сходства, которое можно заметить при наблюдениях в телескоп.
Формирование планетарных туманностей, наряду со вспышками сверхновых, играет ключевую роль в химической эволюции галактик. В ходе этого процесса в межзвёздное пространство выбрасываются вещества, обогащённые тяжёлыми элементами, которые образуются в результате звёздного нуклеосинтеза. К таким элементам относятся углерод, азот, кислород и кальций, в отличие от водорода и гелия, оставшихся после первичного нуклеосинтеза Большого взрыва.
Характерная кольцевая структура - это не артефакт оптики, а реальная газо-пылевая туманность, окружающая эту звезду. Всё дело в том, что WR 140 - звезда двойная, и её компоненты с периодом в 8 лет вращаются вокруг центра масс системы по довольно вытянутым орбитам. Каждое сближение звёзд воздействует на выброшенное вещество, порождая в нём волны уплотнений и разрежений. В итоге получается столь необычная картина звезды с "кольцами".
Она расположена примерно в 76 миллионах световых лет от Земли в созвездии Кормы. Хотя расстояние кажется огромным, по астрономическим меркам галактика считается сравнительно близкой, что делает ее идеальной целью для изучения мельчайших деталей.
Это громкое начало стоит дополнить не только словами «вероятно» и «если данные подтвердятся» (которые вообще-то и так подразумеваются практически в любых научных новостях), но и фразой «это самое убедительное указание на внеземную жизнь, которое когда-либо получали ученые». Телескоп «Уэбб» обнаружил в атмосфере далекой планеты K2-18b вещества, которые на Земле вырабатываются исключительно живыми организмами, - прежде всего фитопланктоном, микроскопическими водорослями. Экзопланета K2-18b, размером примерно в 2.5 раза больше Земли, вращается в «зоне жизни» (то есть, там, где вода может быть жидкой, а не только льдом или паром) вокруг звезды в 120 световых годах от Земли.
Состав атмосферы столь далекой планеты можно узнать по очень слабым изменениям светимости ее родной звезды, когда планета проходит перед звездой для наблюдателя с Земли. Во время транзита крошечная часть звездного света проходит через атмосферу экзопланеты, и атмосфера поглощает часть этого света, оставляя отпечатки в спектре звезды, зависящие от состава атмосферы.
В 2023 году «Уэбб» при беглом осмотре планеты K2-18b обнаружил метан и углекислый газ в ее атмосфере, - это стало первым случаем обнаружения углеродных и простейших органических молекул на экзопланете из «обитаемой зоны». Кроме того, «Уэбб» заметил там намеки на существование других органических молекул - диметилсульфида (ДМС) и диметилдисульфида (ДМДС), которые, насколько известно, вырабатываются только живыми организмами и считаются биосигнатурами, - признаками, по которым ищут жизнь в космосе.
Астрономы решили снова направить «Уэбб» на K2-18b, на этот раз используя другой прибор, - для наблюдения волн среднего инфракрасного диапазона. И обнаружили гораздо более выраженные признаки присутствия молекул ДМС и ДМДС. Их концентрация в атмосфере K2-18b намного выше, чем на Земле, - у нас она ниже одной части на миллиард по объему, а на K2-18b в тысячи раз сильнее — более десяти частей на миллион.
Но времени наблюдения не хватило для совсем надежного уровня статистической значимости: вероятность того, что это случайное отклонение в данных, составляет 0,3%, а чтобы считаться окончательно установленным открытием, по современным научным стандартам вероятность ошибки должна быть ниже 0,00006%. Чтобы окончательно подтвердить открытие и получить нужный уровень статистической значимости, понадобится еще один сеанс наблюдения «Уэббом» длительностью около суток.
«Никто не заинтересован в том, чтобы преждевременно заявлять, что мы обнаружили жизнь, — сказал Никку Мадхусудхан, астроном из Кембриджского университета и ведущий автор нового исследования, на пресс-конференции во вторник, - но лучшим объяснением этих наблюдений является то, что K2-18b покрыта теплым океаном, полным жизни. Это революционный момент, - первый раз, когда человечество увидело потенциальные биосигнатуры на пригодной для жизни планете».
С помощью телескопа «Джеймс Уэбб» ученые нашли в облаке NGC 1333 шесть планет. Они блуждают, то есть не вращаются вокруг звезды, а в одиночестве мчатся сквозь межзвездное пространство.
Все эти планеты в 5-10 раз массивнее Юпитера — самой большой планеты Солнечной системы.
Мы привыкли, что планеты формируются в дисках газа и пыли вокруг молодых звезд.
Но эти гиганты, вероятно, сформировались при сжатии облаков газа и пыли. То есть также, как и звезды. Хотя вероятность выброса из системы тоже не исключена.
Кстати, коричневые карлики, масса которых составляет 13-75 масс Юпитера, тоже находили в большом количестве по одиночке и в туманности Ориона.
Комментарии