Космічний телескоп NASA імені Джеймса Вебба та космічний телескоп Хаббла об’єдналися для вивчення великого скупчення галактик, відомого як MACS0416. Отримане панхроматичне зображення поєднує видиме та інфрачервоне світло, щоб зібрати одне з найповніших зображень Всесвіту, яке коли-небудь було зроблено. Розташоване приблизно в 4,3 мільярда світлових років від Землі, MACS0416 являє собою пару скупчень галактик, які згодом об’єднаються, щоб утворити ще більший кластер.
Зображення розкриває безліч деталей, які можливі лише завдяки поєднанню потужності обох космічних телескопів. Він включає в себе велику кількість галактик за межами скупчення та безліч джерел, які змінюються з часом, ймовірно, через гравітаційне лінзування — спотворення та посилення світла від віддалених фонових джерел.
Це скупчення було першим із серії безпрецедентних надглибоких зображень Всесвіту в рамках амбітної спільної програми Hubble під назвою Frontier Fields, започаткованої в 2014 році. Hubble піонером шукав деякі з найслабкіших і наймолодших за своєю суттю галактик, які коли-небудь були виявлені. Інфрачервоне бачення Вебба значно підсилює цей глибокий погляд, занурюючись ще далі в ранній Всесвіт за допомогою інфрачервоного бачення.
«Ми спираємося на спадщину Хаббла, просуваючись до більших відстаней і тьмяніших об’єктів», — сказав Рогір Віндхорст з Університету штату Арізона, головний дослідник програми PEARLS (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science), яка проводила спостереження Вебба.
Що означають кольори
Щоб зробити зображення, загалом, найкоротші довжини хвилі світла були позначені синім кольором, найдовші довжини хвилі червоним, а проміжні хвилі зеленим. Широкий діапазон довжин хвиль, від 0,4 до 5 мікрон, дає особливо яскравий ландшафт галактик.
Ці кольори дають підказки щодо відстаней до галактик: найблакитніші галактики знаходяться відносно поблизу і часто демонструють інтенсивне зореутворення, що найкраще виявлено Хабблом, тоді як більш червоні галактики, як виявив Вебб, мають тенденцію бути більш віддаленими. Деякі галактики також здаються дуже червоними, тому що вони містять велику кількість космічного пилу, який має тенденцію поглинати синіші кольори зоряного світла.
«Вся картина не стане ясною, поки ви не поєднаєте дані Вебба з даними Хаббла», — сказав Віндгорст.
Різдвяна ялинка скупчення галактик
Хоча нові спостереження Вебба сприяють цьому естетичному погляду, вони були взяті з конкретною науковою метою. Дослідницька група об’єднала свої три епохи спостережень, кожна з яких проводилася з інтервалом у кілька тижнів, із четвертою епохою дослідницької групи CANUCS (CAnadian NIRISS Unbiased Cluster Survey). Мета полягала в тому, щоб шукати об’єкти, які змінюють спостережувану яскравість з часом, відомі як перехідні процеси.
Вони ідентифікували 14 таких перехідних процесів у полі зору. Дванадцять з цих транзиентів були розташовані в трьох галактиках, які сильно збільшені гравітаційним лінзуванням, і, ймовірно, являють собою окремі зірки або багатозіркові системи, які на короткий час дуже сильно збільшені. Решта двох перехідних процесів знаходяться в межах помірковано збільшених фонових галактик і, ймовірно, є надновими.
«Ми називаємо MACS0416 скупченням галактик «Різдвяна ялинка» через те, що воно таке барвисте, а також через ці мерехтливі вогні, які ми знаходимо в ньому. Ми можемо бачити перехідні процеси скрізь», — сказав Хаоцзин Ян з Університету Міссурі в Колумбії, провідний автор одного стаття з описом наукових результатів.
Виявлення такої кількості перехідних процесів за допомогою спостережень, що охоплюють відносно короткий проміжок часу, свідчить про те, що астрономи могли б знайти багато додаткових перехідних процесів у цьому кластері та інших подібних до нього шляхом регулярного моніторингу за допомогою Webb.
Зірка кайдзю
Серед перехідних процесів, які команда виявила, один особливо виділявся. Розташована в галактиці, яка існувала приблизно через 3 мільярди років після Великого вибуху, вона збільшена принаймні в 4000 разів. Команда назвала зоряну систему «Мотра» на честь її «чудовищної природи», оскільки вона надзвичайно яскрава та надзвичайно збільшена. Він приєднується до іншої лінзованої зірки, яку дослідники раніше ідентифікували та яку вони назвали «Годзілла». (І Годзілла, і Мотра — гігантські монстри, відомі як кайдзю в японському кіно.)
Цікаво, що Мотра також видно в спостереженнях Хаббла, які були зроблені дев’ять років тому. Це незвичайно, оскільки для такого значного збільшення зірки потрібне дуже специфічне вирівнювання між скупченням галактик на передньому плані та зіркою на задньому плані. Взаємні рухи зірки та скупчення повинні були зрештою усунути це вирівнювання.
Найвірогідніше пояснення полягає в тому, що в кластері переднього плану є додатковий об’єкт, який додає більше збільшення. Команда змогла обмежити його масу від 10 000 до 1 мільйона мас нашого Сонця. Однак точна природа цієї так званої «мілі-лінзи» залишається невідомою.
«Найвірогідніше пояснення — це кульове зоряне скупчення, яке надто слабке, щоб Вебб міг побачити його безпосередньо», — заявив Хосе Дієго з Інституту фізичної науки Кантабрії в Іспанії, провідний автор статті, в якій детально описується знахідка. «Але ми ще не знаємо справжньої природи цієї додаткової лінзи». Джерело