Потужний космічний телескоп імені Джеймса Вебба — потужний технологічний інструмент. Астрофізики вперше задумали його більше 20 років тому, і після багатьох поворотів його запустили 25 грудня 2021 року. Зараз він знаходиться на гало-орбіті в точці Сонце-Земля L2 , де, сподіваємось, продовжить працювати протягом 20 років.
Минуло лише кілька місяців з моменту оприлюднення перших зображень, а він уже досягає прогресу у відповідях на деякі з найпереконливіших запитань Всесвіту.
На нещодавно опублікованому зображенні JWST зазирнув глибоко в масивні хмари газу та пилу, щоб спостерігати, як молоді зірки оживають у своїх зоряних коконах.
Одним із перших зображень JWST були «Космічні скелі». Космічні скелі є краєм активної області зореутворення в NGC 3324, зоряному скупченні поблизу туманності Кіля.
На зображенні видно інтенсивну ультрафіолетову енергію від гарячих молодих зірок, які формують регіон, вирізаючи кавернозні проміжки та залишаючи вежі газу, які протистоять випромінюванню.
Ми всі дивувалися цьому зображенню ще в липні, але вчені покопалися в ньому, щоб дізнатися більше про регіон і активність утворення зірок, що там відбувається. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) опублікували статтю, в якій представлено результати їхньої роботи.
Він називається « Глибоке занурення біля «Космічних скель»: раніше приховані джерела в NGC 3324, виявлені JWST ». Провідний автор — астроном Меган Рейтер з Університету Райса в Х’юстоні, штат Техас.
Дослідники уважніше вивчили зображення Вебба та виявили понад два десятки джерела від гарячих молодих зірок, яких раніше не бачили. Згідно з прес-релізом, в якому оголошуються результати, є все, починаючи від «маленьких фонтанів і закінчуючи буркотливими гігантами». Деякі джерела простягаються на кілька світлових років від своєї зірки.
«Вебб дає нам миттєвий знімок у часі, щоб побачити, скільки відбувається зореутворення в тому, що може бути більш типовим куточком Всесвіту, який ми не могли побачити раніше», — сказав Рейтер.
Потужні інфрачервоні можливості JWST сприяли цьому дослідженню. Він може зосередитися на молекулярному водні, головному інгредієнті зірок. Це чудовий індикатор активності зореутворення, тому що, коли молоді зірки ростуть, вони поглинають водень і викидають його частину у вигляді струменів і полярних потоків. Це називається зоряним зворотним зв’язком , і ці струмені вирізають на зображенні каверни в хмарах газу та пилу.
Молоді протозірки, які ще формуються, закриті від зору щільними молекулярними хмарами, які їх породжують. Але JWST має можливість бачити всередині цих хмар. Дослідження молодих зірок у хмарах є однією з чотирьох головних наукових цілей телескопа.
«Вебб зможе бачити наскрізь величезні хмари пилу, непрозорі для обсерваторій у видимому світлі, таких як Хаббл, де народжуються зірки та планетарні системи», — пояснили на сайті NASA задовго до того, як телескоп був завершений і запущений.
Тепер ми бачимо, як усі ці слова здійснюються.
«Подібні струмені є вказівниками для найбільш захоплюючої частини процесу утворення зірок. Ми бачимо їх лише протягом короткого проміжку часу, коли протозірка активно збільшується», — пояснив співавтор Натан Сміт з Університету Арізони в Тусоні.
Чим більше астрономи дізнаються про формування молодих зірок в інших місцях, тим більше вони дізнаються про те, як утворилося наше власне Сонце та як виникла наша Сонячна система. JWST розширює та поглиблює наше розуміння складних механізмів, що стоять за їх формуванням.
«Це відкриває двері для того, що стане можливим у плані спостереження за цими популяціями новонароджених зірок у досить типових середовищах Всесвіту, які були невидимими до космічного телескопа Джеймса Вебба», — додав Рейтер.
«Тепер ми знаємо, де шукати далі, щоб дослідити, які змінні важливі для формування сонцеподібних зірок».
Вихідні струмені на найраніших стадіях зореутворення складно спостерігати, оскільки вони відбуваються всередині товстої газової оболонки й тривають лише короткий період. Струмені можуть текти лише кілька тисяч років, можливо, десять тисяч. Використовуючи потужні фільтри JWST, астрономи дослідили деякі струмені та витікання, на які натякало оригінальне зображення Космічних скель.
«На зображенні, вперше опублікованому в липні, ви бачите натяки на цю діяльність, але ці струмені видно лише тоді, коли ви починаєте це глибоке занурення – розбираючи дані з кожного з різних фільтрів і аналізуючи кожну область окремо», – поділився член команди Джон Морс. Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені.
«Це як знайти захований скарб».
Розуміння того, як утворюються молоді зірки, є одним із головних завдань сучасної астрофізики. Колективне світло перших зірок сприяло реіонізації раннього Всесвіту. До епохи реіонізації щільний туман первісного газу закривав Всесвіт. Під час реіонізації світло від молодих зірок допомогло очистити серпанок із Всесвіту та дозволило світлу подорожувати.
Але астрофізики не знають, як утворилися ці перші зірки, і вирішення цього питання є однією з головних наукових цілей JWST. JWST може бачити об’єкти з великим червоним зсувом із ранніх днів Всесвіту, але не може розрізнити окремі зірки.
Ось чому ці нещодавно опубліковані зображення є важливими. Астрофізики не можуть вивчати формування найперших зірок, але вони можуть спостерігати за формуванням молодих зірок сьогодні та працювати над більш точним розумінням епохи реіонізації.
Це не перший раз, коли астрономи вивчають молоді зірки, що утворюються в цьому регіоні. Хаббл дивився на це 16 років тому.
І хоча «Хаббл» не може розрізнити стільки деталей, скільки «Джеймс Вебб», він показав достатньо, щоб автори дослідження могли порівняти, як змінювалися струмені та витікання за останні роки.
Вимірювання показують швидкість і напрямок, у якому рухаються струмені, необхідні деталі для розуміння молодих зірок.
Це Early Release Images (ERO) і є лише початком JWST і його вивчення утворення зірок.
«Майбутні спостереження дозволять провести кількісний аналіз збудження, швидкості втрати маси та швидкості цих нових потоків», — пишуть автори.
«Як відносно скромна область масивного зореутворення, NGC 3324 пропонує попередній перегляд того, що можуть дати дослідження зореутворення за допомогою JWST».
Подальші спостереження будуть більш ретельними та детальними. Вони допоможуть пролити ще більше світла на одну з найгарячіших тем в астрономії: як молоді зірки стимулюють формування планет.
Механізми зворотного зв’язку відзначають молодих зірок. Вони все ще ростуть, і, накопичуючи газ із хмар, у яких вони вбудовані, вони випускають частину його назад у своє оточення своїми струменями. Витік газу сприяє формуванню їхніх протопланетних дисків і формуванню планет, подібних нашій.
Краще розуміння цих відтоків веде до кращого розуміння планет і, шляхом комплексного розширення, ймовірності появи життя в іншому місці.
Наша Сонячна система, ймовірно, сформувалася в скупченні, подібному до того, що в цьому дослідженні. Астрономи ще не впевнені, але, розкривши деталі в NGC 3324, вони можуть пролити світло на наше походження.
Згідно з книгою « П’ять віків Всесвіту », ми живемо в « Стелоносну еру » Всесвіту . У цю епоху матерія впорядкована переважно у зірки, галактики та скупчення галактик. Зірки виробляють більшу частину енергії у Всесвіті та вироблятимуть це протягом тривалого часу. Оскільки зірки дають енергію для життя, Золотоносну еру можна легко назвати ерою життя .
JWST може збирати стародавнє світло від перших зірок і галактик і зазирнути всередину зоряних коконів, щоб показати нам, як народжуються зірки. Результати є захоплюючими науковими розуміннями, але разом з відповідями на наші наукові запитання JWST робить щось інше. Це дає контекст існування людства в епоху життя Всесвіту.
Сонце нічим не відрізняється від інших зірок. Ті самі сили спонукали до його народження та еволюції, і Сонце випромінювало б ті самі потоки та полярні струмені, що й молоді зірки на цьому зображенні. Ці механізми зворотного зв’язку сформували б протопланетний диск, у якому сформувалася Земля.
Тож кожного разу, коли ми бачимо зображення молодих зірок деінде, ми дізнаємося щось про своє походження. Нам пощастило мати космічний телескоп Джеймса Вебба, який показує нам ці яскраві, приголомшливі краєвиди народження зірок. Чудові, вишукані деталі переносять розум разом з оком. Ми можемо сидіти й гадати, чи навколо кожного може виникнути життя, чи навіть інша цивілізація.
