Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) выявил признаки полутяжелой воды в атмосфере экзопланеты WASP-39b, расположенной примерно в 700 световых годах от Земли. Это открытие предоставляет ученым новые перспективы относительно процессов планетарного формирования и может помочь в поиске потенциально обитаемых миров.
JWST сосредоточился на анализе атмосферы WASP-39b, ища вариации молекулы воды. В частности, исследование было направлено на полутяжелую воду, известную как HDO, которая является вариантом H₂O, где один из атомов водорода заменен дейтерием — более тяжелой формой этого элемента. Команда рассчитала соотношение дейтерия к водороду (D/H), что является важнейшим показателем для вывода об источнике и эволюции этой планеты.
В ходе исследования были оценены различные элементы, включая температуру атмосферы, наличие облаков, разнообразие присутствующих молекул и способность атмосферы фильтровать свет на определенных длинах волн. Исследователи подчеркивают, что WASP-39b является одной из наиболее изученных экзопланет в настоящее время и имеет самый детальный зарегистрированный спектр атмосферы для тела за пределами Солнечной системы.
Результаты исследования показали, что доля дейтерия, обнаруженная на этой планете, выше, чем та, что наблюдается у газовых гигантов нашей собственной Солнечной системы. Было выдвинуто две гипотезы для объяснения этой разницы. Одна из них предполагает, что обычная вода могла быть потеряна в космос, поскольку более тяжелые молекулы, содержащие дейтерий, имеют тенденцию оставаться в атмосфере, в то время как более легкие легче улетучиваются.
Вторая возможность указывает на то, что планета могла образоваться в более холодной и удаленной от своей звездной системы области, поглотив богатые водой материалы до того, как мигрировать близко к своей родительской звезде. Однако ученые подчеркивают, что для подтверждения того, какой из этих сценариев лучше соответствует собранным данным, необходимы более глубокие химические модели.
Несмотря на то, что открытие связано с водой, важно отметить, что WASP-39b не считается жизнеспособным кандидатом для жизни. Это чрезвычайно горячий газовый гигант, температура которого приближается к 1000 °C. Тем не менее, значимость этого исследования заключается в используемом методе. Сигнатура HDO может стать ценным инструментом для изучения других планет, включая каменистые миры с характеристиками, более схожими с Землей.
Исследователи пришли к выводу, что HDO остается наиболее доступным индикатором благодаря своим уникальным спектральным характеристикам, и его будущее обнаружение может быть возможно на умеренных каменистых экзопланетах, служа потенциальным маркером обитаемости. Таким образом, Джеймс Уэбб расширяет научные возможности анализа далеких атмосфер и выявления химических признаков, которые помогают ответить на фундаментальный вопрос астрономии: одиноки ли мы во Вселенной.
Следующая крупная космическая обсерватория НАСА, телескоп Нэнси Грейс Роман, запланирована к запуску 30 августа. Этот прибор призван расширить методы исследования Вселенной учеными, работая в сотрудничестве с Джеймсом Уэббом, а не заменяя его.
По данным НАСА, Роман достиг финальной стадии подготовки. Оборудование будет интегрировано с ракетой Falcon Heavy, предоставленной SpaceX, и будет защищено конструкцией, используемой во время запуска, который запланирован в Космическом центре Кеннеди во Флориде.
Научные ожидания высоки, поскольку новый телескоп способен провести обзор Млечного Пути — задачу, которая заняла бы около столетия с помощью Хаббла, всего за один месяц. Джеки Таунсенд, руководитель проекта в НАСА, подтвердила готовность Романа к запуску.
После старта Роман направится к точке Лагранжа 2 (L2) — местоположению, находящемуся примерно в 1,5 миллионах километров от Земли, в той же области, что и Джеймс Уэбб, благодаря стабильным условиям для космических наблюдений.
Хотя оба работают в одной космической области, Роман и Джеймс Уэбб имеют разные цели. В то время как Уэбб фокусируется на чрезвычайно детальном анализе ограниченных областей, новая обсерватория обладает значительно более широким полем зрения, что позволяет идентифицировать объекты, которые впоследствии могут быть изучены более глубоко.
К основным функциям Романа относится картирование обширных участков неба с высоким разрешением, обнаружение необычных явлений, таких как галактики, сверхновые и планеты, а также выявление интересных целей для более глубоких исследований, проводимых Джеймсом Уэббом. Кроме того, он сможет регистрировать космические области в тысячу раз быстрее, чем Хаббл, сохраняя при этом сопоставимую чувствительность в инфракрасном спектре.
Телескоп назван в честь астронома Нэнси Грейс Роман, известной тем, что она сыграла ключевую роль в разработке Хаббла. Его главное зеркало имеет диаметр 2,4 метра и работает совместно с камерой с разрешением 300 мегапикселей, обеспечивающей поле зрения как минимум в сто раз больше, чем у аналогичных приборов Хаббла. Одно изображение может охватывать небесную область, большую по видимому диаметру, чем полная Луна.
Помимо фотографирования больших областей, Роман разработан для изучения расширения Вселенной, природы темной материи и планет, расположенных за пределами нашей Солнечной системы. Миссия также будет включать мониторинг звезд в центральной части Млечного Пути с целью поиска экзопланет с помощью методов транзита и гравитационного микролинзирования. Он будет способен обнаруживать блуждающие планеты, вращающиеся в галактике без орбиты вокруг звезды, и наблюдать пылевые диски, где формируются новые миры.
НАСА подчеркивает, что обе обсерватории будут сотрудничать в изучении древних галактик, черных дыр и внеземных миров. Хотя первоначальный план миссии составлял пять лет, оборудование спроектировано для работы до десяти лет, генерируя десятки петабайт данных, доступных мировым исследователям, что будет способствовать росту знаний о космической эволюции.
Новое исследование предлагает возможное объяснение загадке Маленьких Красных Точек — интригующих явлений, обнаруженных космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST). Исследователи предполагают, что эти объекты не просто исчезли в ранней Вселенной, а эволюционировали в шаровые скопления — обширные плотные скопления звезд, подобные тем, что находятся в Млечном Пути.
Теория устанавливает аналогию с эволюцией земных динозавров: так же как многие динозавры не вымерли, а дали начало современным птицам, Маленькие Красные Точки могли выжить, превратившись в структуры, сохранившиеся во вселенной современности.
Маленькие Красные Точки привлекли внимание астрономов в 2022 году, когда Джеймс Уэбб начал обнаруживать их в большом количестве на стадии, соответствующей примерно 600 миллионам лет после Большого взрыва. Тайна заключается в том, что эти тела, по-видимому, исчезают до того, как Вселенная достигнет примерно двух миллиардов лет.
Было выдвинуто несколько теорий об их природе, включая возможность того, что это «звезды черных дыр», то есть черные дыры, окруженные обширными облаками газа и пыли. Однако текущее исследование указывает на другой путь: эти объекты могут быть шаровыми скоплениями на стадии формирования, имеющими сверхмассивную звезду в своем ядре.
Этот гипотетический тип звезды имел бы массу от тысячи до десяти тысяч масс Солнца и очень короткий срок жизни, но был бы способен создать внешний вид, схожий с Маленькими Красными Точками, наблюдаемыми телескопом. Джон Чизхолм, руководитель исследования из Техасского университета в Остине (США), заявил, что эти объекты могут быть не просто новой странной популяцией JWST, не связанной с современной вселенной, а могут существовать за пределами ранней вселенной, эволюционируя во что-то более известное.
Чизхолм добавил, что Маленькие Красные Точки могут быть галактиками, содержащими черные дыры или представлять нечто еще более неожиданное, и что их работа показывает, что формирование шаровых скоплений со сверхмассивными звездами должно быть учтено в этих дебатах.
Шаровые скопления обычно расположены в крупных галактиках и способны концентрировать миллионы древних звезд в чрезвычайно компактных областях. Например, в Млечном Пути находится не менее 150 таких скоплений. Хотя они хорошо изучены, их происхождение остается предметом научных дискуссий.
Даниэль Берг, также из Техасского университета в Остине, отметила, что астрономы обычно наблюдают эти скопления через миллиарды лет эволюции. Она объяснила, что к этому моменту их массивные звезды уже погасли, газ рассеялся, а динамические процессы изменили их массы и структуры, что затрудняет реконструкцию начальных условий их формирования.
Ученые полагают, что звезды внутри шаровых скоплений сформировались примерно в одно и то же время, в ранних стадиях Вселенной, когда космос в основном состоял из водорода, гелия и небольшого количества более тяжелых элементов, которые астрономы называют металлами.
Однако многие из этих звезд демонстрируют своеобразный химический состав. Они имеют высокое содержание гелия и таких элементов, как азот, натрий и алюминий, при этом показывают более низкие уровни углерода, кислорода и магния, чем ожидалось. Майк Бойлан-Колчин, член команды, указал, что этот химический след указывает на экстремальные условия ядерного синтеза.
Он уточнил, что этот особый паттерн сигнализирует о ядерном синтезе при температурах, намного превышающих те, что встречаются в ядрах обычных, даже массивных звезд. Сверхмассивная звезда — это именно тот тип среды, способный создать эту химическую комбинацию.
Согласно модели, предложенной исследователями, эти сверхмассивные звезды возникали в средах чрезвычайно высокой плотности во время формирования первых шаровых скоплений, где часто происходили звездные столкновения и слияния. Несмотря на свой колоссальный размер, их срок службы составлял всего около миллиона лет, ничтожный период по сравнению с 4,6 миллиардами лет жизни Солнца.
Даже при таком коротком существовании эти звезды были способны производить химические элементы, необходимые для обоснования состава, наблюдаемого в шаровых скоплениях. После смерти в сверхновых взрывах эти элементы высвобождались в космос, будучи использованными для создания новых поколений звезд.
Чизхолм заключил, что это также объясняет исчезновение Маленьких Красных Точек. Согласно их модели, сверхмассивная звезда, которая заставляет объект выглядеть как Маленькая Красная Точка, живет недолго; после ее смерти объект может перестать напоминать Маленькую Красную Точку, даже если само скопление сохраняется миллиарды лет.
Помимо химического анализа, команда выявила другие признаки, связывающие Маленькие Красные Точки с шаровыми скоплениями. Распределение этих объектов в ранней Вселенной отражает распределение, наблюдаемое в настоящее время в шаровых скоплениях. Модели эволюции также предполагают, что оценочные массы Маленьких Красных Точек могут естественным образом развиться до масс существующих сегодня шаровых скоплений.
Дополнительным важным фактором является момент возникновения: Маленькие Красные Точки появляются примерно через 600 миллионов лет после Большого взрыва, что совпадает с оценками начала формирования шаровых скоплений. Несмотря на доказательства, исследователи предупреждают, что гипотеза еще не имеет окончательного подтверждения. Бойлан-Колчин заявил, что, хотя нет окончательных доказательств того, что Маленькие Красные Точки являются шаровыми скоплениями, эта идея объяснила бы несколько удивительных и различных наблюдений. Исследование находится в предварительной версии в научном репозитории arXiv, что означает, что его результаты еще не прошли процесс рецензирования.
