Космический телескоп Джеймса Уэбба: новая эра в астрономии

Этот телескоп должен будет заменить космический телескоп Хаббла и космический телескоп Спитцера. Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST, или просто Джеймс Уэбб) будет большим инфракрасным телескопом с 6,5-метровым основным зеркалом (в 5-6 раз больше, чем у Хаббла). Значение этого сложно переоценить, поскольку Хаббл был, возможно, одним из величайших изобретений человечества, а Джеймс Уэбб заявлен в 100 раз более мощным.

В конце концов, этот телескоп начнет с того момента, на котором остановился телескоп Хаббла, а именно со снимков Ultra и Extreme Deep Field. Помимо спутниковых снимков Планка и WMAP (которые предоставили нам фотографии излучения космического микроволнового фона), это старейшие снимки света, которые мы сделали, самые далекие галактики. К сожалению, очень скоро они покинут спектр видимого света, перейдут через красное смещение в инфракрасный из-за расширения Вселенной.

К счастью, инструменты Джеймса Уэбба разрабатываются для работы преимущественно в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра, с некоторыми возможностями работы в видимом диапазоне. Он будет чувствительным к свету с длиной волны 0,6–28 микрометров. У продвинутых научных инструментов на борту телескопа будет четыре основных темы для изучения: первый свет и эпоха реионизации, собрание галактик, рождение звезд, протопланетарных и планетарных систем и происхождение жизни.

Первый свет

Наши лучшие догадки говорят о том, что первые звезды были в 30-300 раз (а может, и больше) массивнее нашего Солнца и в миллионы раз ярче, выгорая всего за пару миллионов лет, прежде чем взорваться в виде сверхновых.

Высокая энергия ультрафиолетового света этих первых звезд была способна расщеплять атомы водорода на электроны и протоны (или ионизировать их). Наблюдения спектров далеких квазаров говорят нам, что это происходило, когда Вселенной был почти миллиард лет. Эта эпоха называется «эпохой реионизации». Процесс, в ходе которого большая часть нейтральных атомов водорода разрушается нарастающей радиацией, дает возможность косвенно изучать первые звезды.

Мы хотим изучать этот процесс, поскольку точно не знаем, когда проходил этот период, а первые звезды оказали сильное влияние на образование поздних объектов вроде галактик. Первые источники света выступили в качестве семян позднего образования крупных объектов.

Также первые звезды могли коллапсировать в черные дыры. Поедая материю, эти черные дыры могли образовать мини-квазары. Они, в свою очередь, могли вырасти и слиться, образовав те самые массивные черные дыры, которые обнаружены в центрах ВСЕХ галактик.

Сборка галактик

Астрономы знают, что первые галактики образовались спустя порядка миллиард лет после образования Вселенной. Большинство из этих галактик были небольшими и непостоянными, но некоторые прочертили параллели к нынешним галактикам.

Несмотря на огромный клад уже собранных данных, остается множество вопросов, заслуживающих лучших ответов. Ученые наверняка не знают, как образовались галактики и что придало им их формы. Ученые не знают, как химические элементы распределились в самих галактиках и подробности того, как центральные черные дыры в галактиках влияют на родительские галактики.

Ученые также в поисках ответов на то, что происходит, когда малые и большие галактики сталкиваются и объединяются — нужны ответы, которые будут лучше текущих компьютерных моделей.

Анализируя ранние галактики и сравнивая их с более новыми, можно отследить полную эволюцию и рост системы. Наблюдения с помощью спектроскопии сотен или тысяч галактик помогут ученым понять, как образовались и выстроились элементы тяжелее водорода по мере того, как галактики прогрессировали через века.

Рождение звезд и протопланетарных систем

Благодаря космическому телескопу Кеплера (который перестал охотиться за планетами из-за неисправности), мы знаем, что большое количество звезд имеет гигантские газовые планеты, которые вокруг них вращаются. Число подтвержденных планет и кандидатов в планеты исчисляется тысячами. Учитывая многообразие необычных планетарных систем, многие вопросы в настоящее время путают ученых.

Ученые понимают, что для того, чтобы лучше понять, как собрались планеты, им нужно больше наблюдений планет вокруг молодых звезд, а также больше наблюдений оставшегося мусора вокруг звезд, который может сливаться и образовывать планеты.

Образование звезд

И здесь в игру вступает инфракрасный. Технология, которая сможет пробить пыльные, плотные покровы облаков, скрывающих ядра, в которых происходит формирование звезд. В видимом спектре их не видно и нет никакой возможности увидеть. Продвинутая система фотографирования и спектроскопии космического телескопа Джеймса Уэбба позволит нам наблюдать звезды по мере их образования в пыльных коконах. Он также будет иметь возможность делать снимки дисков вокруг звезд и изучать органические молекулы, которые способствуют развитию и распространению жизни.

Чтобы проследить истоки Земли и жизни во Вселенной, ученые должны изучить формирование и эволюцию, включая материал вокруг звезд, где формируются планеты. Ключевым вопросом остается понять, как сложились строительные кирпичики жизни на планетах. Ученые не знают, все ли планеты в планетарной системе образовались на месте или же пришли внутрь после формирования во внешних пределах системы.

Первые планеты и зарождение жизни

Ледяной и пыльный мусор нашей внешней Солнечной системы является останками тех времен, когда наша система была очень юной. Космический телескоп Джеймса Уэбба получит инфракрасные снимки гигантских планет и планетарных систем и уточнит их возраст и массы, измеряя их спектры. Уэбб также сможет измерить спектры дисков вокруг звезд, чтобы определить составляющие таких дисков, приводящие к появлению планетарных систем. Изучение этих областей в деталях может пролить свет на происхождение жизни на Земле.

Запуск проекта пока намечен на 2018 год, а вместе с ним и революция в нашем понимания космоса.