Глубокий обзор COSMOS-Web: уточнение моделей галактической эволюции по данным JWST
Международная коллаборация COSMOS представила результаты масштабного обзора неба с использованием космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) [1]. Обработанные данные включают каталог из 796 тыс. галактик, охватывающий временной интервал приблизительно в 13,5 млрд лет (z ~ 0,1–20), что соответствует ~98% возраста Вселенной. Обзор покрывает площадь 0,54 квадратного градуса — в 250 раз превышающую площадь Экстремально глубокого поля Хаббла (HUDF) при сопоставимой глубине.
Методология и масштаб обзора
Инструментарий: Наблюдения выполнены камерами NIRCam (0,6–5,0 мкм) и MIRI (5,6–25,5 мкм) на борту JWST.
Параметры съемки: Суммарная экспозиция 255 часов; предельная глубина ~29,5 mag (AB) в ближнем ИК-диапазоне; пространственное разрешение 0,06–0,15 угловой секунды в диапазоне 2–5 мкм.
Обработка данных: Применены методы PSF-моделирования, дифференциальной визуализации (ADI/RDI) и машинного обучения для фотометрического анализа, определения красных смещений (фото-z, точность σΔz/(1+z) ~ 0,03) и морфологической классификации.
Ключевые наблюдательные результаты
1. Плотность галактик при высоких z: на красных смещениях z > 10 (t < 500 млн лет после Большого взрыва) обнаружено 850 кандидатов в галактики. Это значительно превышает предсказания, основанные на экстраполяции данных «Хаббла» (ожидалось ~50–80 объектов).
2. Морфологическое разнообразие на ранних этапах: при z ≈ 8–12 идентифицированы структуры, включая кандидаты во вращающиеся диски и системы с признаками слияний.
3. AGN: Зарегистрированы кандидаты в активные ядра галактик при z > 6, включая объект CEERS-1019 (z = 8,7, MBH ~ 107 M⊙). Их светимость в линиях [OIII] достигает 1043 эрг/с.
Теоретические импликации
1. Модели формирования галактик: Наблюдаемое количество галактик при z > 10 указывает на необходимость корректировки параметров в симуляциях
2. Физика темной материи: Повышенная плотность структур на z > 10 согласуется с моделями Warm Dark Matter (масса частиц mWDM ≈ 2–3 кэВ), где подавление флуктуаций на малых масштабах менее выражено, чем в CDM.
3. Рост сверхмассивных черных дыр: Обнаружение AGN при z > 6 требует уточнения механизмов аккреции (возможно, сверхкритическая аккреция
с ṁ > 10 M⊙/год) или начальных масс черных дыр > 104 M⊙.
Доступность данных
Полный каталог [2] включает:
- астрометрию (точность < 0,01″)
- многополосную фотометрию (девять фильтров NIRCam/MIRI)
- фотометрические красные смещения
- морфологические параметры (Gini, M20, концентрация)
Данные доступны через портал IRSA/IPAC с возможностью визуализации через API.
Обзор COSMOS-Web предоставляет наиболее полный на текущий момент наблюдательный материал для исследования эволюции галактик в диапазоне красных смещений z = 0,1–20. Полученные результаты требуют уточнения параметров в современных космологических симуляциях (IllustrisTNG, EAGLE) и моделях формирования сверхмассивных черных дыр. Открытый формат данных обеспечивает возможность независимой проверки выводов коллаборации.
Морфологические и минералогические свидетельства вулканического происхождения горы Jezero Mons на Марсе
На юго-восточной окраине кратера Езеро (18,2° с. ш. 77,2° в. д.) идентифицирован крупный геологический объект — гора Jezero Mons, достигающая почти 2 км в высоту и примерно 21 км в диаметре. Орбитальные данные демонстрируют комплекс характеристик этого образования, согласующихся с его интерпретацией как композитного вулкана. Центральным элементом является обширная депрессия на вершине полигональной формы (7×5 км), чьи очертания с ортогональными сегментами предполагают формирование под влиянием региональных тектонических напряжений, что типично для вулканических кальдер, а не ударных кратеров.
Исследование “Evidence for a composite volcano on the rim of Jezero crater on Mars” было опубликовано в журнале Communications Earth & Environment.
Важным доказательством вулканической природы служат термофизические свойства поверхности. Измерения тепловой инерции с помощью прибора THEMIS на аппарате Mars Odyssey показали среднее значение 239 ± 77 Дж·м–²·К–¹·с–1/2. Такие низкие величины, особенно в сочетании с их вариабельностью (повышение вдоль гребней), характерны для поверхностей, сложенных мелкозернистыми, слабосвязанными материалами, такими как вулканический пепел или туфы. Это контрастирует с более высокими значениями, ожидаемыми для плотных лавовых потоков или скальных выходов, и сближает Jezero Mons с другими предполагаемыми эксплозивными вулканами Марса в районе Таумасия Планум (Thaumasia Planum).
Дополнительным аргументом выступает минералогический состав, определенный прибором CRISM на Mars Reconnaissance Orbiter. На склонах горы широко распространены пироксены, о чем свидетельствует характерная широкая полоса поглощения около 2,0 мкм в ближнем инфракрасном диапазоне. Этот спектральный отпечаток указывает на смесь низкокальциевых и высококальциевых пироксенов и демонстрирует сходство с минералогией формации Máaz на дне кратера Езеро, изученной марсоходом Perseverance. Внутри вершинной депрессии и на некоторых участках склонов идентифицированы вторичные минералы: Fe/Mg-смектиты с признаками частичной хлоритизации в кальдере, а также отдельные выходы опаловидного кремнезёма. Присутствие гидротермально измененных филлосиликатов в кальдере потенциально связано с постмагматическими процессами, сопровождавшими вулканическую активность.
Морфометрический анализ, основанный на топографической модели MOLA-HRSC, предоставляет количественные подтверждения. Соотношение высоты к диаметру Jezero Mons (0,05) и средний уклон его склонов (≈5°) статистически неотличимы от параметров известных композитных вулканов Марса — Зефирии Толус и Аполлинарис Толус (Zephyria and Apollinarus Tholi) — и земного стратовулкана — горы Сидли в Антарктиде (4285 м). Отношение диаметра вершинной депрессии к диаметру основания горы (0,24–0,33) также соответствует пропорциям, типичным для вулканических структур, и существенно отличается от соотношений, характерных для ударных кратеров.
Геохронологические данные, основанные на подсчете ударных кратеров, указывают на относительно молодой поверхностный возраст образования. Количество кратеров диаметром более 400 м соответствует модельной оценке возраста около 1,0 ± 0,4 млрд лет. Однако распределение кратеров меньшего диаметра существенно отклоняется от марсианских изохрон. Наклон кумулятивной кривой для диаметров менее 400 м примерно на две единицы меньше ожидаемого, что согласуется с процессами деградации поверхности, воздействующими на рыхлые, мелкозернистые материалы. Это позволяет рассматривать полученный возраст как нижнюю временную границу; истинное время формирования структуры может быть древнее. На снимках камеры CaSSIS (Trace Gas Orbiter) прослеживаются возможные потоки материала с северо-западного склона Jezero Mons, простирающиеся на дно кратера Езеро. Моделирование рассеивания пепла в марсианской атмосфере показывает, что даже в современных условиях эксплозивное извержение могло обеспечить транспорт частиц на расстояние до 50 км, полностью покрывая дно Езеро.
Минералогические аналогии между пироксенами Jezero Mons и формацией Máaz на дне кратера, а также возможная связь потоков с горы с материалами на дне не исключают зависимости между ними. Окончательное подтверждение или опровержение этой связи возможно после радиоизотопного датирования образцов пород формации Máaz, собранных марсоходом Perseverance и планируемых к возвращению на Землю в рамках программы MSR (Mars Sample Return). Если связь подтвердится, Jezero Mons станет первым вулканом за пределами Земли, возраст которого будет точно установлен абсолютными методами датирования. Это предоставит бесценную калибровочную точку для хроностратиграфических моделей Марса и позволит уточнить временные рамки вулканической активности.
При этом обнаружение гидротермально измененных минералов в кальдере открывает новые перспективы для изучения потенциальных палеосред, благоприятных для возникновения и сохранения следов возможной древней марсианской жизни, что может стать целью будущих миссий.
3. nature.com/articles/s43247-025-02329-7
Галактика IC 758: Затишье после космической бури
Спиральная галактика IC 758, запечатленная космическим телескопом «Хаббл» в 2023 году [4], предстает взору наблюдателя образцом внегалактического спокойствия. Расположенная на удалении приблизительно 60 млн световых лет в направлении созвездия Большой Медведицы, она демонстрирует элегантную структуру с мягко изгибающимися голубоватыми спиральными рукавами, окутывающими центральную перемычку — вытянутое образование из звезд и газа в ее ядре. Классифицируемая как галактика промежуточного типа между обычной спиралью и спиралью с баром (SAB(rs)c), IC 758 излучает кажущуюся безмятежность. Однако этот визуальный покой обманчив и является лишь современным этапом в истории галактики, отмеченной катастрофой космического масштаба.
В 1999 году в пределах одного из ее рукавов астрономы зарегистрировали мощнейшую вспышку — сверхновую звезду, получившую обозначение SN 1999bg. Это событие ознаменовало гибель массивной звезды, чья масса значительно превосходила солнечную. Анализ кривой блеска и спектральных характеристик позволил классифицировать SN 1999bg как сверхновую типа II, что указывает на коллапс железного ядра звезды-предшественницы в конце ее эволюционного пути. В финальные мгновения жизни такой звезды, исчерпавшей запасы термоядерного топлива, силы гравитации преодолевают давление вырожденного вещества, приводя к катастрофическому сжатию ядра и формированию сверхплотной нейтронной звезды или черной дыры. Высвобождающаяся при этом гравитационная энергия вызывает мощнейший взрыв, срывающий и разогревающий внешние оболочки звезды. Интересно, что основная часть энергии такого взрыва уносится потоками нейтрино, генерируемыми в недрах формирующейся нейтронной звезды; лишь малая доля преобразуется в световое излучение, наблюдаемое на Земле.
Ключевой нерешенной задачей остается точное определение массы звезды-предшественницы SN 1999bg. Современные наблюдения «Хаббла» предоставляют уникальный инструмент для решения этого вопроса. Высокое разрешение телескопа позволяет проводить детальную фотометрию звездного населения в непосредственной близости от места взрыва. Сравнивая полученные светимости и цвет звезд с теоретическими эволюционными треками, астрономы могут оценить их массы. Статистический анализ распределения масс в этом скоплении дает возможность экстраполировать данные и оценить вероятную массу самой массивной звезды в этой области — ею и являлся прародитель SN 1999bg. Современные модели предполагают, что для инициирования коллапса ядра и взрыва типа II начальная масса звезды должна составлять как минимум восемь солнечных масс, верхний же предел остается предметом дискуссий и может достигать 25–40 солнечных масс — в зависимости от металличности и других факторов.
Кроме того, данные «Хаббла» потенциально способны пролить свет на вопрос о возможном наличии у звезды-предшественницы звезды-компаньонки. Тщательный поиск остатков двойной системы (например, выжившего компаньона с аномально высокой светимостью или скоростью) или анализ асимметрии в распределении выброшенного вещества может предоставить необходимые доказательства.
Таким образом, изучение относительно старого сверхнового события, такого как SN 1999bg в галактике IC 758, с помощью инструментов «Хаббла» — это не просто взгляд в прошлое. Это возможность реконструировать жизнь и смерть массивной звезды, понять ее влияние на локальную звездную среду и внести вклад в понимание фундаментальных процессов химической эволюции галактик, непрерывно преобразующих первичный водород и гелий в сложное многообразие элементов, составляющих основу наблюдаемой Вселенной.
4. science.nasa.gov/missions/hubble/hubble-studies-a-spirals-supernova-scene/
«Уэбб» ведет наблюдение экзопланеты 14 Геркулеса: динамические и атмосферные аномалии
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) получил прямое изображение экзопланеты 14 Herculis c — одного из наиболее холодных объектов данного класса, обнаруженных на сегодняшний день. Планета, расположенная в системе солнцеподобной звезды 14 Геркулеса (удаленность 60 световых лет, спектральный класс K0V), обладает температурой ~270 K (–3 °C) и массой около семи юпитеров. Данное наблюдение представляет значительный методологический интерес: среди ~6000 подтвержденных экзопланет лишь ~20 были детектированы прямыми методами, причем преимущественно молодые и высокотемпературные (>500 K). Высокая чувствительность NIRCam/JWST в инфракрасном диапазоне (3–5 мкм) обеспечила регистрацию объекта с высоким контрастом относительно звезды [5].
Система демонстрирует исключительную динамическую конфигурацию. Орбитальные плоскости компонентов b и c взаимно наклонены под углом 40–96°, что приводит к их пересечению в проекции на небесную сферу. Такой уровень орбитального несовпадения не имеет аналогов среди известных многопланетных систем. Астрометрические измерения «Уэбб» уточнили параметры орбиты внешней планеты: большая полуось 15,1 а. е., эксцентриситет 0,64 ± 0,05. Подобная конфигурация интерпретируется как результат гравитационной нестабильности, вероятно, вызванной эжекцией третьего массивного тела на ранних стадиях эволюции системы.
Фотометрические данные в фильтре F444W (4,44 мкм) выявили аномалию в энергетическом распределении излучения планеты. Наблюдаемая светимость оказалась на 1,5m ниже значений, предсказываемых моделями охлаждения для объектов массой в семь юпитеров и возрастом ~4 млрд лет. Данное расхождение объясняется нарушением химического равновесия в атмосфере: вместо ожидаемого доминирования CH4 зарегистрированы спектральные признаки CO и CO2. Это явление, характерное для холодных коричневых карликов поздних T-типов, указывает на интенсивный конвективный перенос из приповерхностных слоев (T > 700 K) в верхнюю тропосферу (T < 300 K), подавляющий реакцию CO + 3H2 → CH4 + H2O.
Методика наблюдений включала использование коронаграфической маски (MASK335R) и комбинацию методов Angular Differential Imaging (ADI) и Reference Differential Imaging (RDI) для подавления дифракционного фона звезды. Суммарная экспозиция составила 7,8 часа (18–19 мая 2024 года), что позволило достичь отношения сигнал/шум > 8 σ.
Дальнейшие исследования системы предполагают:
- спектроскопию среднего разрешения (MIRI/JWST R~1500–3500) для верификации состава атмосферы;
- долговременный астрометрический мониторинг для уточнения параметров орбитального резонанса;
- поиск химических индикаторов (CNO-цикл) возможной миграции планет.
Система 14 Herculis предоставляет уникальные данные для тестирования моделей формирования планетных систем в условиях сильных гравитационных возмущений.
5. science.nasa.gov/universe/exoplanets/frigid-exoplanet-in-strange-orbit-imaged-by-nasas-webb/
Космическая Сова: редкий случай двойных кольцевых галактик с синхронизированными активными ядрами
В поле COSMOS-CANDELS на красном смещении z = 1,14 обнаружена уникальная взаимодействующая система галактик, неофициально названная Космической Совой за морфологическое сходство с лицевым диском совы. Наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» выявили симметричные кольцевые структуры диаметром ~8 кпк в каждой из сталкивающихся галактик, что соответствует редко наблюдаемому типу коллизионных кольцевых галактик. Формирование таких двойных колец требует точного лобового столкновения галактик сравнимой массы, при котором гравитационная ударная волна сжимает межзвездный газ, инициируя кольцеобразное звездообразование. Симметричность колец указывает на синхронность их возникновения ~38 млн лет назад, что согласуется с оценками на основе ширины линии CO и проективного расстояния между ядрами (9,62 кпк).
Ключевой особенностью системы является присутствие активных ядер галактик (АЯГ) в обоих компонентах. Массы черных дыр оценены как (6,7 ± 2,9) × 107 M⊙ (юго-восточное ядро) и (2,6 ± 1,1) × 107 M⊙ (северо-западное ядро).
В зоне столкновения («клюв») зафиксированы экстремальные условия: интенсивное звездообразование со скоростью 84 ± 2 M⊙/год, концентрация молекулярного газа (5,90 ± 0,56) × 109 M⊙ и аномально высокая эффективность звездообразования. Наблюдения VLA выявили биполярный радиоджет длиной ~31 кпк, ориентированный вдоль направления столкновения. Восточный радиоджет проективно совпадает с «клювом», что предполагает дополнительное воздействие джета на межзвездную среду.
Система демонстрирует параллельное протекание множества процессов: лобовое слияние галактик, формирование двойных колец, синхронизированную активацию АЯГ, джет-индуцированную обратную связь и шок-триггерное звездообразование. Морфологическое и кинематическое сходство с локальными аналогами (Arp 147, Квинтет Стефана) подтверждает роль ударных фронтов в конденсации молекулярного газа. Редкость подобных объектов (единицы на сотни известных кольцевых галактик) делает Космическую Сову эталонным примером для изучения иерархической эволюции галактик в эпоху пика космического звездообразования. Последующие исследования с использованием высокого разрешения ALMA и спектроскопии интегрального поля могли бы уточнить распределение плотного газа и кинематику ионизированных оболочек.
Статья опубликована на сервере препринтов arxiv.org:
arxiv.org/abs/2506.10058
Изображение номера: Южный полюс Солнца
Аппарат Европейского космического агентства Solar Orbiter впервые в истории получил снимки южного полюса Солнца. Это удалось сделать благодаря наклону его новой орбиты.
До этого любые фотографии Солнца делались исключительно в области его экватора, так как другие планеты и все действующие космические аппараты вращаются вокруг Солнца внутри плоскости эклиптики. Во второй половине марта этого года Solar Orbiter благодаря своей новой орбите оказался под углом 17° ниже солнечного экватора, что позволило получить эти снимки. В ближайшие несколько лет космический аппарат сможет наклонить свою орбиту еще больше.
Алексей Кудря
Загрузка...