Поступают первые научные результаты, и прибор стоимостью 10 миллиардов долларов работает даже лучше, чем смели надеяться астрономы.
До сих пор это была глазная конфета с небес: черная безбрежность космоса, изобилующая загадочными, непостижимо далекими пятнами света. Призрачные портреты Нептуна, Юпитера и других соседей, которые, как нам казалось, мы уже знали. Туманности и галактики, видимые проникающими инфракрасными глазами космического телескопа Джеймса Уэбба.
Телескоп, названный в честь Джеймса Уэбба, администратора НАСА во время подготовки к высадке Аполлона на Луну, является совместным проектом НАСА, Европейского космического агентства и Канадского космического агентства. Он был запущен в Рождество год назад — после двух десятилетий проблем и 10 миллиардов долларов — с миссией по наблюдению за Вселенной в длинах волн, недоступных человеческому глазу. С главным зеркалом шириной 21 фут Webb в семь раз мощнее своего предшественника, космического телескопа Хаббла. В зависимости от того, как вы ведете учет, один час наблюдения на телескопе может стоить НАСА 19 000 долларов или больше.
Но ни НАСА, ни астрономы не платили все эти деньги и политический капитал только за красивые картинки — никто не жалуется.
«Первые изображения были только началом», — сказала Нэнси Левенсон, временный директор Научного института космического телескопа, который управляет как Уэббом, так и Хабблом. «Необходимо больше, чтобы превратить их в настоящую науку».
Светлое (инфракрасное) будущее
В течение трех декабрьских дней около 200 астрономов заполнили аудиторию института, чтобы услышать и обсудить первые результаты работы телескопа. По словам организаторов, еще около 300 человек смотрели онлайн. Мероприятие послужило запоздалым празднованием успешного запуска и инаугурации Webb, а также предварительным просмотром его светлого будущего.
Один за другим астрономы маршировали к подиуму и, быстро говоря, чтобы соблюдать 12-минутный лимит, проносились через космос открытий. Галактики, которые еще в своей относительной молодости уже породили сверхмассивные черные дыры. Атмосферные исследования некоторых из семи скалистых экзопланет, вращающихся вокруг Trappist 1, красного карлика, который может содержать обитаемые планеты. (Данные предполагают, что по крайней мере на двух экзопланетах отсутствуют объемные первичные водородные атмосферы, которые задушили бы жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, но у них может быть скудная атмосфера из более плотных молекул, таких как вода или углекислый газ.)
«Мы в деле», — заявил Бьорн Беннеке из Монреальского университета, представляя данные об одной из экзопланет.
Меган Райтер из Университета Райса взяла своих коллег в «глубокое погружение» через Космические Скалы, облачный очаг звездообразования в созвездии Киля, который был любимым ранним кусочком небесной конфеты. Она прослеживает, как струи от новых звезд, ударные волны и ионизирующее излучение от более массивных близлежащих звезд, которые родились горячими, постоянно меняют космическую географию и вызывают образование новых звезд.
«Это может быть шаблоном того, через что прошло наше собственное солнце, когда оно формировалось», — сказал доктор Райтер в интервью.
В перерывах между презентациями, в кулуарах и в коридорах, старшие астрономы, которые присутствовали в 1989 году, когда впервые возникла идея телескопа Уэбба, поздравляли друг друга и обменивались военными историями о разработке телескопа. Они громко ахнули, когда молодые люди хвастались данными, которые превзошли их собственные достижения с Хабблом.
Джейн Ригби, научный сотрудник проекта по эксплуатации телескопа, вспоминала свои эмоциональные потрясения год назад, когда телескоп, наконец, приблизился к запуску. Инструмент был разработан для развертывания в космосе — сложный процесс с 344 потенциальными «точечными отказами» — и доктор Ригби мог только подсчитывать их снова и снова.
«Я была на стадии отрицания, — сказала она в Балтиморе. Но запуск и развертывание прошли безупречно. Теперь она сказала: «Я живу мечтой».
Гарт Иллингворт, астроном из Калифорнийского университета в Санта-Круз, который в 1989 году председательствовал на ключевом совещании в Научном институте космического телескопа, которое в конечном итоге привело к созданию Уэбба, просто сказал: «Я просто поражен».
На приеме после первого дня встречи Джон Мазер из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА и старший научный сотрудник проекта Уэбба с самого начала подняли бокалы за 20 000 человек, построивших телескоп, за 600 астрономов, испытавших его в космосе, и за новое поколение ученых, которые будут его использовать.
«Некоторые из вас еще даже не родились, когда мы начали это планировать», — сказал он. «Успей!»
Обратный путь
Пока телескоп, ощетинившийся камерами, спектроскопами и другими приборами, превосходит все ожидания. (Его разрешающая способность в два раза выше, чем рекламируется.) Безупречный запуск телескопа, как сообщил доктор Ригби, оставил ему достаточно топлива для маневрирования, чтобы он работал в течение 26 или более лет.
«Это счастливые цифры», — сказала она, когда она и ее коллеги отбарабанили статистику производительности своих инструментов. Доктор Ригби предупредил, что инструменты телескопа все еще калибруются, поэтому цифры еще могут измениться. Приготовьтесь пересчитать свои результаты одним нажатием кнопки, сказала она группе астрономов в вестибюле: «Иначе вы будете ненавидеть свою жизнь».
Возможно, самый большой сюрприз от телескопа Уэбба связан с событиями в первые тысячелетия Вселенной. Галактики, по-видимому, формировались, генерировали и питали звезды быстрее, чем предполагалось в проверенных космологических моделях.
«Как галактики так быстро стареют?» — спросил Адам Рисс, лауреат Нобелевской премии по физике и космолог из Университета Джона Хопкинса, заглянувший на день.
Исследование этой области — «космической весны», как назвал ее один астроном, — является целью нескольких международных проектов с броскими аббревиатурами, такими как JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey), CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science), GLASS (Grism Lens-Amplified Обзор из космоса) и PEARLS (Основные внегалактические области для науки о реионизации и линзировании).
Инфракрасное зрение Уэбба имеет основополагающее значение для этих усилий. По мере расширения Вселенной галактики и другие далекие небесные объекты удаляются от Земли с такой скоростью, что их свет растягивается и смещается в сторону невидимых инфракрасных длин волн. За пределами определенной точки самые далекие галактики удаляются так быстро, а их свет настолько растянут по длине волны, что они невидимы даже для телескопа Хаббл.
Телескоп Уэбба был разработан для обнаружения и исследования этих областей, которые представляют Вселенную возрастом всего в один миллиард лет, когда первые галактики начали расцветать звездами.
«Требуется время, чтобы вещество остыло и стало достаточно плотным, чтобы зажечь звезды», — отметила Эмма Кертис-Лейк из Университета Хартфордшира и член команды JADES. Она добавила, что скорость звездообразования достигла своего пика, когда Вселенной было четыре миллиарда лет, и с тех пор она снижается. Космосу сейчас 13,8 миллиарда лет.
Астрономы измеряют космические расстояния с помощью параметра, называемого красным смещением, который показывает, насколько сильно растянулся свет от далекого объекта. Всего несколько месяцев назад высоким красным смещением считалось красное смещение 8, что соответствует времени, когда Вселенной было около 646 миллионов лет. Благодаря доктору Кертис-Лейк и ее коллегам рекордное красное смещение сейчас составляет 13,2, что соответствует возрасту Вселенной всего 325 миллионов лет.
Доктор Кертис-Лейк и ее команда навели телескоп на участок неба под названием GOODS South в поисках галактик, которые Хаббл не смог обнаружить. Конечно же, их было четверо, призраки в жарком тумане творения. Последующие измерения подтвердили, что они действительно были в далеком прошлом.
«Мы не хотели публично заявлять, что поверили в это», — сказал Брант Робертсон, член JADES из Калифорнийского университета в Санта-Круз.
Ожидается, что запись продержится недолго. Коллаборация CEERS сообщила о галактике-кандидате, которая может иметь красное смещение 16, когда Вселенной было всего 250 миллионов лет.
Эксперты уже спорят о том, раскрывают ли эти сверхнасытные галактики что-то фундаментальное и упускаемое из виду в современных теориях ранней Вселенной. Возможно, тогда какое-то поле или эффект усилили гравитацию и ускорили рост галактик и черных дыр. Или, возможно, расхождения просто отражают научную неуверенность в запутанных деталях — «гастрофизике» — звездообразования.
За последние 20 лет астрономы отточили прочную «стандартную модель» Вселенной, состоящую из темной энергии, темной материи и капельки атомарной материи. Еще слишком рано ломать эту модель, сказал в интервью доктор Кертис-Лейк; У Уэбба впереди, возможно, три десятилетия наблюдений. «Мы находимся на ранней стадии», — сказала она.
Заключительный доклад выпал на долю доктора Мэзера. Он рассказал об истории телескопа и поблагодарил Барбару Микульски, бывшего сенатора от Мэриленда, которая поддержала проект в 2011 году, когда он находился под угрозой закрытия. Он также анонсировал следующий большой проект НАСА: 12-метровый космический телескоп под названием «Обсерватория обитаемых миров», который будет искать планеты и изучать их.
«Все, что мы сделали, оказалось того стоит», — сказал он. «Итак, мы здесь: это праздничная вечеринка, чтобы впервые взглянуть на то, что здесь есть. Это не последнее, что мы собираемся сделать».
No comments:
Post a Comment