zła astronomia | Ujawniono pierwsze obrazy JWST

Oni są tutaj! Po ponad 25 latach projektowania, planowania i budowy wydanieA rozwijać sięA Testy, Ukazały się pierwsze naukowe obrazy JWSTUjawnia pełną obietnicę i niesamowitą naturę tego, co może osiągnąć to wspaniałe obserwatorium^*.

JWST Jest to teleskop na podczerwień, co oznacza, że ​​jest przeznaczony do widzenia Światło o długości fali dłuższej niż nasze oczy mogą dostrzec. Jest to ważne dla astronomii: na przykład ciepłe obiekty emitują światło podczerwone, w tym pył rozproszony między gwiazdami, planetami, brązowymi karłami i nie tylko, więc będziemy mieć lepszy widok na te rzeczy niż kiedykolwiek wcześniej. Odległe galaktyki na krawędzi widzialnego Wszechświata oddalają się od nas z powodu rozszerzania się Wszechświataprzesunięcie ku czerwieni światła w podczerwoną część widma, oznacza to, że JWST zobaczy je wyraźnie i dostarczy nam najlepszych danych na ich temat.

Ogromne lustro ma 6,5 ​​metra długości, Składa się z 18 mniejszych, pozłacanych, sześciokątnych lusterzbiera ogromną ilość światła i zapewnia ostry obraz wszechświata, dzięki czemu obrazy są czyste i mają wysoką rozdzielczość, a bateria filtrów pozwala zamienić je w kolorowe obrazy, które cieszą nasze oczy i informują nasz mózg.

I och, twoje oczy i umysł czekają. Chodźmy!

NGC 3132, Mgławica Pierścień Południowy

NGC 3132 on jest mgławica planetarnaA Gaz i pył wytrysnęły z gwiazdy, która bardzo przypominała Słońce, ale potem w jej jądrze zabrakło paliwa i umarło.. Gwiazda centralna rozszerzyła się w czerwonego olbrzyma, wydmuchując grube warstwy materii, a następnie ujawniając swoje gorące jądro, które następnie wydmuchało mniej gęsty, ale gorętszy i szybszy gaz w te wcześniej wyrzucone obiekty. To wyrzeźbiło w nim ogromną, rozszerzającą się bańkę.

Materiał zewnętrzny wykonany z zimnego gazu molekularnego i pyłu można zobaczyć w NIRCAM (Kamera na podczerwień w pobliżu) Obraz jest pomarańczowy, gruby i ma dużą teksturę z rozciągniętym materiałem. Najgorętszy zjonizowany gaz nazywa się a osoczeWidać wypełnianie ubytku na niebiesko. Wesołych (instrument średniej podczerwieni) Aparat wyświetla dłuższe fale, a największym wykryciem jest to, że gwiazda w centrum faktycznie tam jest dwa Gwiazdy, układ binarny. Druga gwiazda jest zakopana w tak dużej ilości materii, że nie można jej zobaczyć na krótszych falach.

Mgławicę mógł uformować ruch binarny, Ich orbity obracają się wokół siebie, rzeźbiąc sposób, w jaki gaz uchodzi. To zdjęcie JWST pomoże astronomom zrozumieć warunki, w jakich umierają gwiazdy takie jak Słońce — wyrzucają do galaktyki miliony ton materii, którą można następnie włączyć w nowo powstałe formacje gwiazd. Tutaj widzimy śmierć gwiazdy, ale pokazuje też, jak pomaga w narodzinach następnej generacji gwiazd.

Kwintet Stephana

300 milionów lat świetlnych od Ziemi Kwintet Stephana, mała grupa oddziałujących galaktyk… cóż, cztery z nich też. Piąta, NGC 7320 (po lewej) jest w rzeczywistości galaktyką pierwszego planu, która przypadkowo pokrywa się z najbardziej zewnętrzną gromadą.

Zdjęcie NIRCAM pokazuje zimny gaz i pył w gromadzie, w tym niektóre z dwóch galaktyk NGC 7318 aib (w środku), które są galaktykami głęboko w procesie zderzenia. Grawitacja dwóch galaktyk może wysyłać smugi materii, Połączenie ogony pływowektóre następnie ochładzają się i tworzą gwiazdy.

Obraz MIRI pokazuje coś więcej: centrum NGC 7139 (u góry) jest bardzo jasne, co oznacza, że ​​widzimy masywne światło supermasywnej czarnej dziury, gorliwie pożerającej gaz i pył w jądrze galaktyki. Ten materiał nagrzewa się i świeci bardzo gorąco po upuszczeniu. Obrazy takie jak ten (i widma) mogą dostarczyć astronomom ogromnej ilości informacji na temat tego procesu, takich jak wielkość czarnej dziury, ilość zjadanego materiału, co dzieje się z tą materią, gdy spada, oraz Jak niektóre z nich są wyrzucane długimi, cienkimi wiązkami lub dżetami, które mogą odlecieć z czarnej dziury z prędkością ułamka prędkości światła!

WASP-96b

Około 1100 lat świetlnych od Ziemi znajduje się gwiazda podobna do Słońca, ale krążąca wokół niej przez egzoplanetę podobną do Układu Słonecznego. Ta planeta to WASP-96bgorąca planeta wielkości naszego Jowisza, ale o połowę jej masy, która okrąża gwiazdę raz na 3,4 dnia w odległości zaledwie około 7 milionów km!

Górna część atmosfery WASP-96b jest gorąca, około 1000 °C (1800 °F). Planeta przechodzi przed gwiazdą raz na orbitę widzianą z Ziemi, co nazywa się a Przejście. Oto zabawna część: światło gwiazdy przechodzi przez górną warstwę atmosfery planety w drodze na Ziemię. Atomy i molekuły w powietrzu planety pochłaniają bardzo specyficzne długości fal tego światła. Tak więc, jeśli weźmiemy widmo tego światła i podzielimy je na setki lub tysiące kolorów, możemy zobaczyć te wąskie spadki jasności spowodowane składnikami atmosfery planety, ujawniające jej skład.

WASP-96b został specjalnie wybrany ze względu na brak chmur, co pozwala nam głębiej zagłębić się w jego atmosferę. JWST właśnie to zrobił, a pobrane widmo ujawnia obecność pary wodnej w atmosferze planety! Spadki w widmie to miejsca, w których gorąca woda – para – pochłania promieniowanie podczerwone. Mówi nam nie tylko, że tam jest, ale ile jest. Nie tylko to, ale spadki nie pasują do modeli z czystą atmosferą, co oznacza, że ​​tam jest być Niektóre chmury na niebie WASP-96b, a także mgła – małe cząsteczki zawieszone w atmosferze.

Widzieliśmy już wcześniej widma tranzytujących gorących egzoplanet, ale w podczerwieni nie ma nic zbliżonego do tych szczegółów. Więcej widm innych planet ujawni więcej informacji, takich jak obecność lub brak takich rzeczy jak krzemian (substancja skalista), metan i inne. Ten proces powinien również działać na mniejszych planetach, choć jest trudniejszy. Przyszłe obserwacje mogą ujawnić, co dzieje się w atmosferach planet bardziej podobnych do tej, na której żyjemy, ale gwiazdy krążą wokół bilionów lub czterech miliardów kilometrów.

Mgławica Carina

W południowej konstelacji Carina znajduje się ogromny, rozwalony obłok gazu i pyłu śmiesznie nazywany Mgławica Carina. Około 7000 lat świetlnych od Ziemi jest jedną z najbardziej aktywnych galaktyk Drogi Mlecznej fabryki tworzące gwiazdy.

Na tym zdjęciu JWST NIRCAM widać powyżej garść bardzo masywnych i jasnych gwiazd. To wyrzuca promieniowanie i wiatry z cząstek subatomowych, które pochłaniają i odparowują gaz i pył. Pozostawia to ścianę materiału – tę błyszczącą, ząbkowaną poziomą linię – z gęstszym materiałem poniżej i mniej gęstym, gorętszym materiałem na górze. Wygląda prawie jak grzbiet górski lub, odpowiednio, nasyp chmur.

Na obrazie MIRI widzimy tego skutki: rodzą się tam dziesiątki gwiazd, Niektórzy ludzie wydmuchują gazinne są nadal głęboko otoczone substancjami, które je tworzą.

Dużo rozumiemy o narodzinach gwiazd, ale diabeł tkwi w szczegółach. Takie obrazy w wysokiej rozdzielczości pomogą nam lepiej zobaczyć złożony proces, a widma w podczerwieni poszczególnych gwiazd dostarczą ogromnej ilości informacji o tym, jak gwiazdy po raz pierwszy się włączyły, co dzieje się z otaczającą je materią, kiedy to się dzieje i jak te materiały utworzy planety.

SMEX 0723

Pierwszy obraz głębokiego pola JWST przedstawia SMACSJ0723.3−7327Grupa galaktyk, grupa setek galaktyk krążących wokół wspólnego środka ciężkości. Znajduje się około 4,5 miliarda lat świetlnych od Ziemi.

Teraz dbam o ciebie, To zdjęcie jest trochę mylące. Ostre obiekty z gładkimi wybrzuszeniami to wszystkie gwiazdy w naszej Drodze Mlecznej, być może setki lub tysiące lat świetlnych od nas. Ale widzisz, że wszystko jest niejasne? To są całe galaktyki, wszystkie prawdopodobnie miliardy lat świetlnych stąd. Na tym zdjęciu są ich tysiące.

W tysiącach.

Oto zabawna część: tylko niektóre z nich są częścią zestawu SMACSJ0723.3-7327! Prawie okrągłe białe kropki są częścią gromady. Ale możesz też zobaczyć dziesiątki wysokich galaktyk, zakrzywionych w łuki lub poplamionych w struktury przypominające ślimaki. Są to znacznie dalsze galaktyki, za gromadą widzianą z Ziemi.

Połączona masa galaktyk w gromadzie zniekształca światło obiektów znajdujących się za nimi, wzmacniając ich rozmiar i zwiększając ich jasność. W procesie zwanym soczewkowaniem grawitacyjnym. To może przyciągać je jak cukierki, sprawiając, że wyglądają jak kokardki. Ale poszczególne galaktyki w gromadzie wyginają i zniekształcają kształty, więc niektóre kształty są jeszcze dziwniejsze.

Piękno tego polega na tym, że te odległe galaktyki mogą być zbyt ciemne, aby można je było zobaczyć bez efektu soczewki, więc wiele z tych galaktyk jest bardzo dalekich od tego, co normalnie obserwowalibyśmy. Powyżej są galaktyki niezwiązane z tłem, rozrzucone jak diamenty na aksamicie, każda z miliardami gwiazd.

Dodam, że chociaż wygląda to jak wiele podobnych obrazów Hubble’a, Duża różnica polega na tym, że jest to obraz w podczerwieni; To, co widzisz na niebiesko, ma w rzeczywistości długość fali około 1 μm, w bliskiej podczerwieni, zielone 2 – 2,8 μm, pomarańczowe 3,56 μm i czerwone 4,44 μm; Ta dłuższa fala jest około 7 razy dłuższa niż to, co widzą nasze oczy. Ponadto Głębokie Pola Hubble’a były o kilka dni poza całkowitym czasem ekspozycji. Większe lustro JWST pozwoliło tylko na zrobienie tego zdjęcia 12 godzin.

Podczas gdy łuki, smugi itp. są piękne i uderzające, galaktyki, na których najbardziej mi zależy, to małe czerwone kropki. To najdalsze, widziane, gdy wszechświat był małym dzieckiem. Widma tych pierwiastków będą miały kluczowe znaczenie dla zrozumienia, co wszechświat robił w tym czasie i będą jednym z największych wkładów, jakie JWST wniesie do astronomii.

Jak daleko są te czerwone kropki? JWST pobrał od siebie widma, podzielił światło na poszczególne kolory podczerwone i możemy zbadać cechy tego widma, aby zobaczyć odległość do tej galaktyki, znajdujące się w niej pierwiastki i wiele innych właściwości.

To widmo pokazuje, że światło go opuściło 13,1 miliarda lat temu, kiedy wszechświat miał zaledwie 700 milionów lat. Pomimo tej młodości widzimy również obecność neonu i tlenu: są one wytwarzane w gwiazdach, a następnie wystrzeliwane do galaktyki, gdy umierają, więc nawet w tak młodym wieku galaktyka przeszła przez co najmniej jedno pokolenie gwiazd, które są urodzić się i umrzeć.

Na tym niesamowitym obrazie mogę napisać tysiące słów: galaktyki są stosunkowo blisko i znacznie dalej; Ta sama krzywizna czasoprzestrzeni, która ujawnia masę i strukturę SMACS 0723; Obrazy gwiazd formujących się w zniekształconych galaktykach tła; Inne galaktyki „polowe” czerwienieją z powodu pyłu i odległości; nawet piękno Obrazy gwiazd spowodowane dyfrakcją W naszej galaktyce rozrzuconej na pierwszym planie.

Ale zamiast tego zostawię was z prostym pomysłem, bardzo bezpośrednim, ale tak głębokim, że jest łatwy do zrozumienia i najtrudniejszy:

Ten obraz ma szerokość 2,4 minut kątowych. Jest to skala kątowa, a dla porównania szerokość księżyca w pełni na niebie wynosi 30 minut kątowych, czyli mniej więcej 15 razy szersza niż cały ten obraz.

Jaka jest zatem objętość 2,4 minuty? To taki sam kąt, jak ziarnko piasku o szerokości pół milimetra na czubku palca na wyciągnięcie ręki. Przytrzymaj go na opuszce palca wskazującego i wyciągnij rękę przed siebie. To małe ziarnko piasku przesłania wszystkie te tysiące galaktyk.

Teraz pomyśl o wielkości nieba w porównaniu do ziarenka piasku. Całe to niebo mogłoby zmieścić coś takiego 25 milionów Takie zdjęcia w nim. Ten obraz jest bardzo małą częścią wszechświata, ale pokazuje cuda i rozkosze w tysiącach.

Co zobaczymy, gdy JWST będzie tak długo wpatrywać się w jedno miejsce na niebie, ile dziesiątek tysięcy odległych galaktyk zostanie ujawnionych? Ile setek miliardów czeka na nasze śledztwo?

Kiedy to zrozumiesz, zobaczysz, dlaczego astronomowie robią to, co robią.

To ogromny świat i chcemy to wszystko zrozumieć. Dzięki JWST zrobiliśmy ogromny krok naprzód, robiąc dokładnie to.

^*Uwaga: Z powodu kontrowersji wokół nazwy tego obserwatoriumBędę nazywał to po prostu JWST. Mam nadzieję, że NASA ponownie rozważy nazwę, ale dopóki tego nie zrobisz, skrót wystarczy.