Команда, использующая данные мощнейшего телескопа, обнаружила в ранней Вселенной в 10 раз больше сверхновых, чем было известно ранее.
Команда астрономов выявила около 80 объектов (обведены цветом), яркость которых со временем менялась. Большинство этих объектов, известных как транзиенты, являются результатом взрыва звезд или сверхновых.источник: NASA, ESA, CSA, STScI, JADES Collaboration
Заглянув глубоко в космос, телескоп НАСА «Джеймс Уэбб» дал ученым первое подробное представление о сверхновых звездах того времени, когда наша Вселенная переживала ранний этап развития, пишет Phys.org.
Во время исследования команда американских ученых проанализировала данные изображений, полученные в рамках программы JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). По сих словам, «Уэбб» идеально подходит для поиска чрезвычайно далеких сверхновых, поскольку их свет имеет более длинные волны — явление, известное как космологическое красное смещение.
До запуска телескопа было обнаружено лишь несколько сверхновых с красным смещением выше 2, что соответствует возрасту Вселенной 3,3 млрд лет — всего 25% от ее нынешнего возраста. Образец JADES содержит множество сверхновых, которые взорвались еще дальше в прошлом, когда Вселенной было менее 2 млрд лет.
Ранее исследователи использовали космический телескоп НАСА «Хаббл» для наблюдения за сверхновыми, когда Вселенная находилась на стадии «молодой взрослой». С помощью JADES ученые видят сверхновые, когда Вселенная была в «подростковом» или «предподростковом» периоде. В будущем они надеются вернуться к «младенческой» фазе Вселенной.
Сверхновая в представлении нейросети.источник: Midjourney
Чтобы обнаружить сверхновые, команда сравнила несколько изображений, сделанных с разницей в один год, и отыскала источники, которые исчезли или появились на этих изображениях. Эти объекты, наблюдаемая яркость которых меняется с течением времени, называются транзиентами, а сверхновые являются разновидностью транзиентов. В целом команда JADES Transient Survey Sample обнаружила около 80 сверхновых на участке неба толщиной всего с рисовое зернышко, находящееся на расстоянии вытянутой руки.
«Это действительно наш первый образец того, как выглядит Вселенная с высоким красным смещением для науки о переходных процессах, — комментирует Джастин Пирел, научный сотрудник НАСА в Научном институте космического телескопа (STScI) в Балтиморе, штат Мэриленд. — Мы пытаемся определить, отличаются ли далекие сверхновые от того, что мы видим в соседней Вселенной, или очень похожи на них».
Пирель и другие исследователи STScI провели экспертный анализ, чтобы определить, какие транзиенты на самом деле были сверхновыми, а какие нет, потому что часто они выглядели очень похожими. Команда идентифицировала ряд сверхновых с высоким красным смещением, в том числе самую далекую из когда-либо подтвержденных спектроскопически с красным смещением 3,6. Ее звезда-прародитель взорвалась, когда Вселенной было всего 1,8 млрд лет. Это так называемая сверхновая с коллапсом ядра, взрывом массивной звезды.
Особый интерес для астрофизиков представляют сверхновые типа Ia. Эти взрывающиеся звезды настолько предсказуемо яркие, что их используют для измерения далеких космических расстояний. Они помогают рассчитать скорость расширения Вселенной. Команда идентифицировала по крайней мере одну сверхновую типа Ia с красным смещением 2,9. Свет от этого взрыва начал приближаться к нам 11,5 млрд лет назад, когда Вселенной было всего 2,3 млрд лет. Предыдущим рекордом расстояния для спектроскопически подтвержденной сверхновой типа Ia было красное смещение 1,95, когда Вселенной было 3,4 млрд лет.
На этой мозаике изображены три из примерно 80 транзиентов, или объектов меняющейся яркости, идентифицированных по данным программы JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey).источник: NASA, ESA, CSA, STScI, Christa DeCoursey (University of Arizona), JADES Collaboration
Ученые стремятся проанализировать сверхновые типа Ia на высоких красных смещениях, чтобы увидеть, имеют ли все они одинаковую внутреннюю яркость, независимо от расстояния. Это критически важно, потому что, если бы их яркость менялась в зависимости от красного смещения, они не были бы надежными маркерами для измерения скорости расширения Вселенной.
Пирель проанализировал сверхновую типа Ia, обнаруженную с красным смещением 2,9, чтобы определить, отличается ли ее собственная яркость от ожидаемой. Хотя это всего лишь первый подобный объект, результаты не указывают на то, что яркость типа Ia меняется с красным смещением. Необходимо больше данных, но на данный момент основанные на сверхновых типа Ia теории о скорости расширения Вселенной и ее окончательной судьбе остаются неизменными.
Ранняя Вселенная была совсем другим местом с экстремальными условиями. Ученые ожидают увидеть древние сверхновые, исходящие от звезд, которые содержат гораздо меньше тяжелых химических элементов, чем такие звезды, как наше Солнце. Сравнение этих сверхновых со сверхновыми в локальной вселенной поможет астрофизикам понять механизмы звездообразования и взрыва сверхновых в ранние времена.
«По сути, мы открываем новое окно в переходную вселенную, — уточняет научный сотрудник STScI Мэтью Зиберт, возглавляющий спектроскопический анализ сверхновых JADES. — Исторически сложилось так, что всякий раз, когда мы это делали, мы обнаруживали чрезвычайно интересные вещи — вещи, которых мы не ожидали увидеть».
«Поскольку "Уэбб" очень чувствителен, он находит сверхновые и другие транзиенты почти везде, куда бы то ни было направлено его око, — дополняет член команды JADES Эйичи Эгами, профессор-исследователь в Университете Аризоны в Тусоне. — Это первый значительный шаг на пути к более обширным исследованиям сверхновых с участием мощнейшего телескопа».
Подробности о «Джеймсе Уэббе»
Новейший телескоп «Джеймс Уэбб» запустили в космос 25 декабря 2021 года.
Портрет «Джеймса Уэбба» в космосе. Фото: NASA
Телескоп оснащен множеством научных инструментов для изучения космических объектов. Среди них:
Камера ближнего инфракрасного диапазона (англ. Near-Infrared Camera);
Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (англ. Mid-Infrared Instrument, MIRI);
Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (англ. Near-Infrared Spectrograph, NIRSpec);
Датчик точного наведения (англ. Fine Guidance Sensor, FGS), а также устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (англ. Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph, NIRISS).