Широкий огляд раннього Всесвіту вказує на одну з найраніших зі всіх виявлених галактик

Вже 25 грудня, разом із запуском космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), ми вступимо в нову еру астрономії. Цей телескоп - найбільший, найдорожчий та найскладніший телескоп з коли-небудь створених, запуск якого очікували впродовж десятиліть.

Зараз телескоп, вартістю 10 мільярдів доларів США, вже заправлений для польоту та встановлений на ракеті "Ariane 5" на європейському космодромі у французькій Гвіані.

Запуск буде одночасно захопливим та нервовим моментом для тисяч вчених, інженерів, менеджерів і допоміжного персоналу, які довели JWST до цього моменту.

Таємничий ранній Всесвіт

JWST часто називають заміною космічного телескопа "Хаббл", але здебільшого він його наступник. Хаббл працює вже понад 30 років та подарував нам дивовижні види Всесвіту та багато тисяч наукових результатів. Сподіваємося й очікуємо, що він працюватиме ще багато років.

Але відносно невелике дзеркало діаметром 2,4 метра, у порівнянні з наземними телескопами, обмежує його чутливість і здатність спостерігати за найтьмянішими об’єктами. Крім того, хоча Хаббл має певну здатність спостерігати в інфрачервоному світлі, він не може отримати доступ до довжин хвиль світла від самих ранніх зірок і галактик. Однак це зможе зробити JWST. Можливо він навіть зможе побачити зорі Популяції III (зорі, що утворилися з первісного матеріалу після Великого Вибуху), які ніколи раніше не були помічені.

Знання того, коли утворилися перші зорі, незабаром після Великого Вибуху, і розуміння того, як вони виробили будівельні блоки перших галактик, є важливим науковим питанням та однією з основних наукових цілей JWST. Вчені знають, що елементи, необхідні для життя та сучасних технологій, такі як вуглець, силікон і золото, в кінцевому підсумку були створені в ранніх зорях, але на цей час ми не маємо доброго розуміння того, як це відбулося.

Необхідність виявлення тьмяних об’єктів у далекому Всесвіті була важливою рушійною силою при проєктуванні обсерваторії -- визначенні її розміру, охоплення довжин хвиль та потреба підтримувати невелику температуру, щоб мінімізувати небажане фонове світло.

Вивчення перших зірок і галактик – не єдина наукова програма, яку виконуватиме JWST. Він також задуманий як обсерваторія загального призначення, в якій астрономи з усього світу зможуть подати заявку на отримання часу для своїх досліджень.

Спостереження в інфрачервоному діапазоні дозволить JWST бачити крізь хмари пилу, що огортають дуже молоді зорі, непрозорі для видимого світла.

На відміну від Хаббла, він зможе дивитися прямо в «зоряні розсадники», де народжуються зорі та їхні планетні системи. Спостереження дадуть відповідь на питання про те, як хмари пилу та газу колапсують, утворюючи зорі, та як навколо них формуються планетні системи.

Життєридатність екзопланет

Коли більше 20 років тому обговорювалися перші плани JWST, не було відомо жодної іншої планети, крім планет нашої Сонячної системи. З тих пір астрономи виявили тисячі планет, що обертаються навколо інших зірок нашої галактики (екзопланети). Значна частина програми спостережень JWST буде присвячена вивченню їх атмосфер. Охоплення довжин хвиль JWST особливо добре пристосовано для вивчення молекул в атмосферах екзопланет і низького інфрачервоного фону з космосу, що дає йому значну перевагу перед наземними телескопами.

Доступні дві методики виявлення екзопланет.

В одній з них використовується той факт, що планети можуть проходити перед своєю батьківською зіркою (так званий транзит), створюючи спад у світлі, яке ми бачимо від неї. Аналізуючи світло, розбите за довжинами хвиль, з великою точністю до та під час транзиту, ми можемо досліджувати атмосферу планети, щоб виявити, з яких молекул вона складається.

Інший метод використовує спеціальний інструмент, який називається "коронограф", щоб блокувати світло від материнської зірки доя отримання безпосереднього зображення планети та вивчення її атмосфери або поверхні. Це може допомогти з’ясувати, чи придатна планета для життя, що можливо вимагатиме подальшого дослідження та коли-небудь відправки туди міні-космічних зондів.

Кінцева мета – знайти планету, подібну до Землі, але для цього знадобиться дуже щасливий збіг обставин, оскільки вони, ймовірно, будуть рідкісними в околицях Сонця та дуже тьмяними у порівнянні з батьківською зіркою. Швидше за все, JWST буде вивчати "газових гігантів", таких як Юпітер і Сатурн, або «крижаних гігантів», подібних до Урана та Нептуна. Жодна з відомих планетних систем не нагадує нашу власну: багато планет-гігантів знаходяться на більш близьких орбітах, ніж наша, і мають екстремальніші нагрівання їх атмосфери та динамічніші погодні умови.

Окрім вивчення планет за межами нашої Сонячної системи, JWST зможе спостерігати за нашою домашньою планетарною системою. Його велика чутливість дозволить ідентифікувати та охарактеризувати комети та інші крижані тіла в найвіддаленіших областях Сонячної системи. У такому віддаленому місці ці об’єкти майже не змінилися з моменту їх утворення та можуть містити підказки щодо походження Землі, зокрема джерела її води, що може бути результатом бомбардування такими тілами на початку її життя.

JWST також зможе спостерігати за всіма планетами, які лежать за межами орбіти Землі навколо Сонця, вивчаючи їх атмосферу та сезонні зміни погоди.

Детальні плани та уявлення про те, що буде виявлено, є важливим виправданням витрат на будівництво амбітного телескопа, що змінює світ, такого як JWST. Але й будуть такі відкриття, які ніхто не може передбачити. Коли був запущений Хаббл, ідея з екзопланетами була значною мірою науковою фантастикою, проте вивчення екзопланет стало одним із головних завдань телескопа. Цікаво, які дивовижні наукові відкриття чекають на нас з Веббом?

Фото: NASA/Chris Gunn