Гравитационное линзирование

Чувствительность Уэбба позволила обнаружить новые галактики в протокластере, что поможет лучше понять их эволюцию.

Свет от объекта шел к нам больше 10 миллиардов лет, а для его изучения JWST понадобилось 3,5 часа наблюдений.

...запечатленные Джеймсом Уэббом с помощью его среднеинфракрасного инструмента (MIRI) (ФОТО: NASA, ESA, CSA, STScI)

На новом снимке телескопа Джеймса Уэбба спиральная галактика NGC 2283, расположенная в созвездии Большого Пса. JWST наблюдал объект 17 минут приборами среднего и ближнего инфракрасных диапазонов. Инфракрасные фильтры помогли астрономам увидеть раскалённые облака водорода, разогретые молодыми звёздами, и молекулы полициклических ароматических углеводородов — они играют важную роль в химической эволюции галактик.

Кстати, два года назад, 28 января 2023 года, в NGC 2283 вспыхнула сверхновая SN 2023AXU. Это был коллапс массивной звезды, по крайней мере в 8 раз тяжелее Солнца. Такие взрывы не только разбрасывают газ на сотни световых лет, но и обогащают межзвёздную среду элементами, необходимыми для рождения новых поколений звёзд.

Всего за три года работы космический телескоп «Джеймс Уэбб» совершил настоящую революцию в астрономии, предоставив уникальные данные о самых удалённых уголках космоса.

Однако новое исследование, проведённое учёными из Университета штата Канзас (США), поставило перед наукой неожиданную загадку: большинство далёких галактик, запечатлённых телескопом, вращаются в одном направлении.

В рамках проекта Advanced Deep Extragalactic Survey «Джеймс Уэбб» сфотографировал сотни галактик, расположенных на колоссальных расстояниях от Земли. Анализ 263 из них, чья форма позволила чётко определить направление вращения, показал удивительную закономерность: около 67% галактик вращаются по часовой стрелке, и лишь 33% — против. «Разница настолько явная, что её заметит даже непрофессионал, взглянув на снимки», — отметил Лиор Шамир, ведущий автор исследования и специалист по вычислительным методам в астрономии.

В целом по Вселенной распределение направлений вращения галактик должно быть примерно равным. Наблюдаемый дисбаланс ставит под вопрос привычные космологические модели.

На изображении, полученным с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», спиральные галактики, вращающиеся в одном направлении относительно Млечного Пути, обозначены красным, а в противоположном направлении — синим. / © Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025)

Учёные предлагают два возможных объяснения:

Первое — сама Вселенная изначально вращалась. Эта идея перекликается с экзотическими теориями, например, гипотезой о том, что наш мир существует внутри чёрной дыры. Если это подтвердится, придётся пересмотреть фундаментальные принципы, описывающие рождение и эволюцию Вселенной.
Второе объяснение связано с нашей собственной галактикой. Млечный Путь вращается, и из-за эффекта Доплера свет галактик, движущихся навстречу нам, кажется ярче. Это может создавать иллюзию преобладания одного направления вращения. Однако ранее влияние вращения Млечного Пути считалось незначительным.

«Если причина в этом, нам придётся перепроверить методы измерения расстояний во Вселенной», — пояснил Шамир. Это может помочь разрешить и другие загадки. Например, противоречия в оценках скорости расширения Вселенной и реальный возраст некоторых галактик, которые, по текущим данным, кажутся старше самой Вселенной.

Пока окончательной ясности во всём этом нет, но очевидно одно - данные JWST вновь напомнили, что Вселенная полна сюрпризов, а человечеству ещё предстоит разгадать многие её тайны.

Джеймс Уэбб обновил свой рекорд, обнаружив галактику, которая сформировалась спустя 290 миллионов лет после Большого Взрыва!

На сегодняшний день это самый старый и удаленный объект

Серьезные подозрения у ученых возникли при изучении данных с инструмента ближнего инфракрасного диапазона NIRCam. Но некоторые свойства объекта заставили команду засомневаться: источник был весьма ярким, что было неожиданным для такой далекой галактики. 

Наконец, в январе 2024 ученые получили результат работы спектрографа NIRSpec.

Галактика, впоследствии названная JADES-GS-z14-0, наблюдалась в течение почти десяти часов, и, когда спектр был впервые обработан, появились однозначные доказательства того, что галактика действительно находится так далеко.

Значение красного смещения составляет z=14,32, побив предыдущий рекорд z=13,2 (320 млн лет после Большого взрыва) у JADES-GS-z13-0 

За что отвечает значение красного смещения z?

Как известно, Вселенная расширяется, а вместе с ней увеличивается и длина волны излучения объекта. Чем дальше объект, тем больше его красное смещение, что позволяет астрономам измерять расстояния до удалённых галактик и скорость их удаления.

Из-за увеличения длины волны видимый свет превращается в инфракрасный. Вот почему JWST наблюдает в основном именно в этом диапазоне.

То есть значение красного смещения определяет то, во сколько увеличилась длина волны, некогда излученная объектом

Астрономы рассмотрели редкий пример гравитационной линзы — галактику, которая исказила и увеличила изображения даже не одного, а как минимум двух скрытых за ней объектов. Выяснилось, что они, в свою очередь, позволили обнаружить нечто необычное в самой «линзе»: на окраине этой крупной галактики, похоже, скрывается массивный и плотный сгусток невидимой массы — возможно, темной материи. Если так, то это противоречит представлениям многих ученых о структуре «темного вещества» Вселенной.

Вселенная предоставляет уникальный астрономический инструмент для изучения далеких объектов — гравитационные линзы. Когда, например, галактика оказывается между нами и более далеким источником света, она гравитацией искривляет вокруг себя пространство-время. Свет скрытого за ней объекта огибает эту невидимую «воронку», в результате он виднеется из-за нее чаще всего в виде характерной дуги или даже целого кольца — так называемого кольца Эйнштейна. Это позволяет наблюдать галактики, которые трудно рассмотреть даже в самый современный рукотворный телескоп.

В 2008 году удалось обнаружить особенно интересный случай — двойное кольцо Эйнштейна. Его создает гравитация массивной эллиптической галактики, расположенной примерно в трех миллиардах световых лет от нас. Как выяснилось, она линзирует сразу две оказавшиеся позади нее гораздо более далекие галактики.Система SDSSJ0946+1006 получила прозвище Джекпот: для астрономов найти подобное — словно выиграть в лотерею. Позднее появились подозрения, что есть и третий источник, причем отображенный дважды. После этого многосоставную конфигурацию предложили переименовать в triple rollover — «тройной выигрыш».

Недавно команда ученых из Китая, Великобритании и США еще раз детально рассмотрела эту любопытную картину и снова заметила нечто необычное. К примеру, одно из искаженных изображений галактик оказалось на 10-15 процентов ярче, чем предсказывали расчеты. В других местами прослеживаются труднообъяснимые дополнительные искривления. Само их расположение немного отличается от ожидаемого. Ученые рассказали об этом в статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv․org.

Компьютерное моделирование показало, что эти аномалии должен вызывать объект массой около 100 миллиардов масс Солнца и диаметром в несколько тысяч световых лет — примерно как карликовая галактика. При этом, по расчетам, он расположен не в видимой части галактики-линзы, а в окружающем ее гало.

Предположение о поглощенной галактике исследователи исключили: в таком случае она была бы различима. Не стали рассматривать и версию о том, что это сверхмассивная черная дыра: выглядит абсурдным при такой массе, размерах и местоположении объекта. К тому же у нее должен быть заметный аккреционный диск — яркий «нимб» притянутого вещества.

Все это натолкнуло ученых на мысль о сгустке темной материи. Впрочем, даже с этим вариантом возникла проблема: по одной из основных версий, темная материя состоит из очень слабо взаимодействующих гипотетических частиц, а они должны быть распределены в космосе более равномерно и не могут образовывать столь плотные скопления. Поэтому астрофизики предложили альтернативную версию — гипотезу самовзаимодействующей темной материи (SIDM): предположительно, ее частицы почти «безразличны» к обычному барионному веществу, но при этом друг с другом контактируют.

С другой стороны, такая массивная «темная» структура все же должна содержать в себе и видимое вещество. Но наблюдения с помощью орбитального телескопа «Хаббл» не показали там даже намеков на звезды. По мнению авторов исследования, либо наука имеет дело с совершенно новым типом объектов в космосе, либо необходимо пересмотреть фундаментальные представления о темной материи.

Космический телескоп Джеймса Уэбба снова бьёт рекорды! В рамках проекта GLIMPSE учёные обнаружили пять галактик-кандидатов, которые существовали всего через 200 миллионов лет после Большого взрыва. Это значит, что их свет путешествовал к нам около 13.6 миллиардов лет

Как это удалось увидеть? Помог эффект гравитационного линзирования – явление, предсказанное Эйнштейном. Массивное скопление галактик Abell S1063 действует как гигантская лупа, искривляя и усиливая свет далёких объектов. Без этого "увеличительного стекла" галактики были бы слишком тусклыми даже для мощного "Уэбба".

Интересный факт: из-за расширения Вселенной эти потенциальные галактики сейчас находятся от нас на расстоянии около 34 миллиардов световых лет!

Открытие ставит новые вопросы о ранней Вселенной. По словам руководителя исследования Василия Кокорева, телескоп обнаруживает больше ярких древних галактик, чем предполагали существующие модели.

Любопытная гравитационная линза, снятая камерой среднего инфракрасного диапазона MIRI космического телескопа Джеймса Уэбба

Это квазар RX J1131-1231, свет от которого шёл около 6 миллиардов лет. Галактика переднего плана так исказила идущий от него свет, что изображение вытянулось в кольцо с четырьмя отдельными яркими областями. Похоже на кольцо с драгоценными камнями.

Новый кадр, сделанный телескопом Джеймса Уэбба в среднем инфракрасном спектре, раскрывает удивительные детали этой галактики. Вместо привычного для видимого света яркого ядра мы наблюдаем небольшой диск, в центре которого скрывается сверхмассивная черная дыра.

Также в галактике Сомбреро насчитывается порядка 2000 шаровых скоплений, где сотни тысяч звезд удерживаются гравитацией. Подобные системы служат астрономам в качестве лабораторий для изучения эволюции звезд.

Галактика Сомбреро или M104 находится на расстоянии около 30 миллионов световых лет от Земли в созвездии Девы.

В этот раз он сфотографировал спиральную галактику NGC 2090, которая находится на расстоянии 40 миллионов световых лет от Млечного пути в созвездии Голубь.

Фотография является результатом комбинирования данных приборов среднего и ближнего инфракрасных диапазонов. MIRI показывает нам свечение межзвездной пыли, будущие строительные материалы для новых звезд, а NIRCam открывает звезды за огромным количеством плотных облаков газа и пыли.

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.

Космический телескоп Джеймса Уэбба вновь обратил свой взор на одну из самых эффектных галактик — M104, более известную как галактика Сомбреро. Ранее она уже была запечатлена в среднем инфракрасном диапазоне, а теперь ученые представили снимок, полученный с помощью камеры ближнего ИК-диапазона.

Сомбреро находится примерно в 30 миллионах световых лет от нас. По своим размерам она сопоставима с Млечным Путём, однако её классификация остаётся предметом научных дискуссий. M104 демонстрирует признаки как спиральной, так и эллиптической галактики. Однозначно определить её природу мешает угол обзора: именно он придаёт галактике эффектный внешний вид, но одновременно усложняет изучение ее внутренней структуры.

«Пингвином» является NGC 2936, которая, вероятно, когда-то была обыкновенной спиральной галактикой, но гравитационное воздействие второй галактики искривило её в такую причудливую форму.

А вот вторая галактика, NGC 2937, выглядит не так примечательно. Это эллиптическая галактика с давно закончившимся образованием звёзд. Учёные полагают, что система полностью сольётся примерно через миллиард лет. Расстояние до Arp 142 составляет 300 миллионов световых лет.

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.

На новом изображении заметно, как галактические ветры и ударные волны, вызванные молодыми звездами и сверхновыми, влияют на газ и пыль, из которых формируются светила.

тык

Когда астрономы из Техасского университета в Остине приглядывались к далеким системам, они заметили в данных телескопа нечто пугающее. Жуткий красный «глаз» смотрел на них с той стороны. Эта «клякса» оказалась галактикой AzTECC71, которая образовалась примерно через 900 миллионов лет после Большого взрыва.

Как говорит Джед Маккини научный сотрудник Техасского университета в Остине: "Несмотря на то, что она выглядит как маленькая капля, на самом деле она формирует сотни новых звезд каждый год и тот факт, что даже что-то настолько экстремальное едва видно на самых чувствительных изображениях нашего новейшего телескопа, меня очень волнует. Это потенциально говорит, как от нас пряталась целая популяция галактик."

Это открытие может изменить представление ученых о ранней Вселенной, поскольку ранее они считали, что массивные звездные питомники были редкостью, но AzTECC71 дает основания полагать, что они могут быть раз в десять более распространенными.

Обнаружение AzTECC71 важно еще и тем, что обычно запечатлеть пылевые галактики довольно сложно, поскольку большую часть света их звезд поглощает завеса пыли, либо он переизлучается в более длинных волнах.

Также «Джеймс Уэбб», который не так давно снял галактику Водоворот, открыл астрономам глаза на то, что их понимание истории эволюции галактик было предвзятым, потому что они видели только незатененные и менее пыльные галактики.

Сначала призрачный объект появился как светящаяся капля на снимках наземных телескопов. Затем оказалось, что его совсем не видно на изображениях телескопа Хаббл. Теперь же он снова появился как слабая, но отчетливо видная галактика на изображении, полученном космической обсерваторией Джеймс Уэбб.

Астрономы коллаборации COSMOS-Web идентифицировали объект AzTECC71 как пыльную звездообразующую галактику. Другими словами, это галактика, которая занята формированием множества новых звезд, но окутана пыльной завесой, сквозь которую трудно увидеть. Когда-то считалось, что подобные объекты чрезвычайно редки в ранней Вселенной, но это открытие, а также более дюжины дополнительных кандидатов, обнаруженных в первой половине данных COSMOS-Web, которые еще не описаны в научной литературе, позволяют предположить, что они могут встречаться в 3—10 раз чаще, чем ожидалось.

Пыльную звездообразующую галактику трудно увидеть обычной оптикой, потому что большая часть света ее звезд поглощается завесой пыли, а затем повторно излучается в более красных длинах волн. До введения в эксплуатацию Джеймса Уэбба астрономы иногда называли их "темными галактиками Хаббла", имея в виду самый чувствительный на тот момент космический телескоп.

"До сих пор единственный способ увидеть галактики в ранней Вселенной — это оптическая перспектива с помощью Хаббла, — сказал МакКинни. — Это означает, что наше понимание истории эволюции этих объектов является искаженным, потому что мы видим только незатененные, менее пыльные из них".

Эта галактика, AzTECC71, была впервые обнаружена как нечеткая капля пыли с помощью камеры телескопа Джеймса Клерка Максвелла на Гавайях, которая видит в длинах волн между дальним инфракрасным и микроволновым диапазоном. Затем команда COSMOS-Web выявила объект в данных, собранных другими учеными с помощью телескопа ALMA в Чили, который имеет более высокое пространственное разрешение и может видеть в инфракрасном диапазоне. Это позволило им сузить местоположение источника. Когда они просмотрели данные Джеймса Уэбба в инфракрасном диапазоне на длине волны 4,44 микрона, они обнаружили едва различимую галактику точно в том же месте. В более коротких длинах волн света, ниже 2,7 микрон, она была невидима.

Сейчас команда работает над обнаружением большего количества этих едва заметных космических объектов.

"С помощью Уэбба мы впервые можем изучать оптические и инфракрасные свойства этой скрытой популяции галактик, сильно замаскированной пылью, — говорит МакКинни. — Телескоп настолько чувствителен, что может не только смотреть в самые дальние уголки вселенной, но и проникнуть сквозь толстую пылевую завесу".

По оценкам команды, галактика наблюдается с красным смещением около 6, что соответствует примерно 900 миллионам лет после Большого взрыва.

Команда опубликовала свои выводы в The Astrophysical Journal.

Проект COSMOS-Web — крупнейшая первоначальная исследовательская инициатива, работающая с Уэббом, возглавляемая Кейтлин Кейси, доцентом Калифорнийского университета в Остине. Задача организации — изучить фрагмент неба размером с три полных луны, нанести на карту до 1 миллиона галактик. Частично цель состоит и в том, чтобы понять самые ранние структуры Вселенной. Команда из более чем 50 исследователей получила 250 часов наблюдения в первый год работы космического телескопа и собрала первый массив данных в декабре 2022 года. Новый набор наблюдений поступит до января 2024 года.

Они попали на снимок участка туманности Киля

Астрономы подвели итоги пробного поиска галактик в зоне избегания Млечного Пути в данных наблюдений телескопа «Джеймс Уэбб». На снимке туманности NGC 3324 ученые отыскали 102 галактики, в том числе даже за самыми непрозрачными участками молекулярного облака. Препринт доступен на сайте arXiv.org.

Зоной избегания (Zone of avoidance) в астрономии называют пространство вблизи плоскости диска Млечного Пути, которое охватывает примерно 10-20 процентов небесной сферы при наблюдениях в оптическом диапазоне. В этой области неба высока концентрация звезд и облаков межзвездной пыли и газа, что делает попытки наблюдений внегалактических объектов в ней крайне сложными. Из-за этого ученые сталкиваются с трудностями при составлении трехмерной карты распределения материи во Вселенной, которая требует полноценного покрытия небесной сферы наблюдениями. Для уменьшения этой проблемы используются мультиволновые наблюдения, особенно в инфракрасном и радиодиапазонах. 

Группа астрономов во главе с Хосе Луисом Нило Кастельоном (José Luis Nilo Castellón‬) из Университета Ла Серены опубликовала результаты пробного поиска внегалактических объектов на изображениях участков МлечногоПути, полученных камерой NIRCam «Джеймса Уэбба». Ученые сосредоточились на снимках эмиссионной туманности NGC 3324 — северо-западного участка туманности Киля, где идут активные процессы звездообразования.

Исследователи искали среди звезд переднего плана на снимках протяженные внегалактические источники излучения при помощи кода, использованного ранее для поисков галактик в зоне избегания в данных инфракрасных обзоров неба VVV и VVVX. При этом учитывались возможные ложные срабатывания из-за дифракционных пиков от ярких звезд, неоднородности излучения от туманности или близости фронтов ионизации. 

Итоговая выборка, прошедшая ряд проверок, состоит из 102 галактик, обнаруженных на участке неба с площадью в 31 квадратную угловую минуту. Среди них выделяются восемь наиболее ярких систем: четыре спиральных галактики разных типов, две дисковые галактики, линзовидная галактика, видимая с ребра, и симметричная эллиптическая галактика. В восточной части исследованной области нашлась компактная группа из семи галактик на предполагаемом красном смещении 0,3–0,4, для которой в дальнейшем необходимо подтвердить или опровергнуть связанность гравитацией в единую систему.

Ученым также удалось найти линзовидную и спиральную галактики за самыми плотными областями молекулярного облака, связанного с NGC 3324, что ранее было труднодостижимо даже для обзоров неба в ближнем инфракрасном диапазоне. Эти системы получили обозначение транснебулярных галактик и наряду с другими обнаруженными галактиками подтверждают большой потенциал использования наблюдений «Джеймса Уэбба» для поисков галактик в зоне избегания.

Зона избегания также представляет собой область поисков галактик-спутников Млечного Пути, которых не хватает для соответствия предсказаниям стандартной космологической модели. 

Источник

На этом снимке мы видим столкновение двух спиральных галактик IC 2163 и NGC 2207, которые находятся примерно в 115 миллионах световых лет от нас.

Данное изображение создано из комбинации 2 снимков. Первый снят в среднем инфракрасном диапазоне космическим телескопом Джеймс Уэбб, а второй в видимом и ультрафиолетовом диапазоне космическим телескопом «Хаббл».

В обеих галактиках наблюдается высокая скорость образования звёзд. Каждый год в этих галактиках образуется около двух десятков новых звёзд размером с Солнце. В нашей галактике за год образуется всего 2 - 3 новые звезды размером с Солнце.

В течение многих миллионов лет галактики будут неоднократно проходить мимо друг друга. Возможно, их ядра и рукава сольются, оставив после себя полностью изменившиеся рукава и ещё более яркую центральную область. Формирование звёзд также замедлится, когда запасы газа и пыли уменьшатся.