Что можно увидеть в глубоком поле Уэбба

12 июля НАСА поделилось первыми изображениями с космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST) — самой мощной космической обсерватории из когда-либо построенных.

Среди крупных планов космических скал и туманностей было невероятно детальное изображение, известное как первое глубокое поле Уэбба.

Наполненный мерцающими звездами, искривленными световыми дорожками и тысячами и тысячами похожих на драгоценные камни галактик, мерцающих на фоне темноты космоса, этот снимок представили как самое глубокое из когда- либо сделанных изображений Вселенной.

Чтобы попытаться лучше понять это историческое изображение, необходимо вникнуть в некоторые детали глубокого поля Уэбба.

Самый яркий кластер

Начнем с колоссального скопления галактик в центре изображения.

Фокусом изображения глубокого поля Уэбба является большое яркое скопление галактик, известное как SMACS 0723, которое находится примерно в 4,6 миллиардах световых лет от Земли.

Это означает, что свет, который мы видим здесь, был излучен незадолго до образования нашей планеты. Вы можете видеть это скопление как серию ярких пятен света в центре изображения, окруженных нечетким белым ореолом более рассеянного звездного света.

Скопления галактик — одни из крупнейших гравитационно связанных структур во Вселенной, содержащие от сотен до тысяч отдельных галактик, собранных вместе. По словам ученых, самые яркие световые пятна в центре изображения представляют некоторые из этих крупных галактик, несколько из которых активно сливаются.

Когда галактики сталкиваются, возникает буквально горячий беспорядок. Огромные облака звездообразующего газа сталкиваются, сжимаются и нагреваются, образуя бесчисленное количество новых звезд, которые «извергаются» из сталкивающихся галактик.

Эти извергнутые звезды, число которых, вероятно, исчисляется миллионами или даже миллиардами, не связаны гравитацией ни с одной из галактик внутри скопления, создают белую дымку, известную как свет внутри скопления.

JWST показывает этот свет в более четких деталях, чем когда-либо прежде, добавляя доказательства к давней теории о том, что скопления галактик хранят значительную часть своей массы в этих областях внутри скопления.

Космическое увеличительное стекло

Именно масса делает SMACS 0723 такой хорошей мишенью; это скопление галактик настолько массивно, что искажает свет звезд и галактик, расположенных на расстоянии миллиардов световых лет от него (по сравнению с нашим видом с Земли).

Это приводит к следующей ключевой особенности изображения глубокого поля JWST — гравитационному линзированию.

Вероятно, следующее, что бросается в глаза, — это странные дуги, исходящие из центра изображения. Это фоновые галактики, которые находятся за скоплением на переднем плане.

Как только их свет попадает на скопление, масса скопления искривляет этот свет и создает так называемую гравитационную линзу.

Подобно космической комбинации увеличительного стекла и кривого зеркала, гравитационные линзы искажают и увеличивают свет фоновых галактик.

Если вы представите центр этого изображения в виде часов, вы сможете ясно увидеть две такие фоновые галактики, расположенные между 2 и 3 часами и 7 и 9 часами соответственно.

Обе эти галактики выглядят как яркие оранжевые изогнутые линии, огибающие центральное скопление галактик.

Они кажутся невероятно длинными — даже длиннее, чем массивное центральное скопление, — потому что их свет очень сильно увеличивается. По словам ученых, несмотря на их большой и яркий внешний вид, галактики на самом деле находятся на расстоянии более 13 миллиардов световых лет, что потенциально делает их одними из старейших наблюдаемых галактик во Вселенной.

Но масса центрального скопления не только увеличивает эти древние объекты, но и удваивает их. Посмотрите немного внимательнее, и вы увидите, что обе искривленные оранжевые линии ярче по краям и тусклее в центре. Посмотрите еще внимательнее на одну из оранжевых линий, и вы увидите, что две яркие области на самом деле являются идеальным зеркальным отражением друг друга.

По словам ученых, это явный побочный продукт гравитационного линзирования — одна галактика, разделенная на несколько изображений, которые изгибаются вокруг одного и того же центра масс. Более того, что почти каждый деформированный объект, представленный здесь, имеет зеркальное отражение где-то в другом месте.

Разнообразные галактики

Изучение самого старого источника света во Вселенной — одна из ключевых целей для JWST. Но, как показывает это изображение, мощный телескоп не может заглянуть в прошлое, если при этом тысячи и тысячи более молодых и близких галактик не попадут в кадр.

В общем, большие яркие шестиконечные объекты на переднем плане изображения — это звезды. По словам ученых, почти все остальное, что вы можете увидеть, является галактиками или скоплением галактик.

Эти галактики бывают двух основных разновидностей. Посмотрите направо от яркой звезды в центр изображения, и вы увидите идеальную спиральную галактику, похожую на наш Млечный Путь.

Спиральные галактики — это активные галактики со звездообразованием, и они, как правило, заполнены более горячими и молодыми звездами, которые светятся беловато-голубоватым светом.

Посмотрите немного выше и левее этой спирали, и вы увидите другой доминирующий тип галактики в нашей локальной вселенной: огненно-оранжевую эллиптическую галактику.

Эллиптические галактики практически не формируют свои звезды, они медленно умирают. Массивные голубые звезды умирают первыми, и остаются старые красные звезды.

Как правило, более голубые галактики на этом изображении — это более молодые спиральные галактики, а более красные — старые, мертвые эллиптические галактики.

Однако цвет галактики также может изменяться в зависимости от ее расстояния от телескопа благодаря явлению, называемому красным смещением.

По мере того, как свет проходит через обширную и расширяющуюся вселенную, его длина волны постепенно увеличивается с расстоянием, становясь все краснее и краснее с течением времени. Таким образом, некоторые из красных и оранжевых галактик на этом изображении на самом деле являются древними фоновыми галактиками, свет которых претерпел красное смещение на пути к объективу JWST.

Оценка возраста тысяч объектов, разбросанных по всему изображению, — лишь одна из захватывающих задач, стоящих перед учеными. И чем дольше исследователи смотрят на это глубокое поле, тем больше странных и удивительных вещей они обнаруживают.

Например, посмотрите на оранжевую N-образную галактику, которая находится справа от идеальной спиральной галактики. Она, по-видимому, деформировалась и искривилась в результате интенсивного космического столкновения.

С первыми изображениями, которым всего несколько дней, и более чем 20-летним запасом топлива на борту JWST, открытия только начались.