Tag: Webb

Webb zauważa wirujące chmury na odległej planecie

Radosław B. AMBROŻY

Naukowcy obserwujący za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba zidentyfikowali struktury chmury krzemianowej w atmosferze odległej planety. Atmosfera stale rośnie, miesza się i porusza podczas 22-godzinnego dnia, podnosząc gorętszy materiał i spychając zimniejszy materiał w dół. Wynikające z tego zmiany jasności są tak dramatyczne, że jest to najbardziej zmienny obiekt o masie planetarnej znany do tej pory. Zespół, kierowany przez Brittany Miles z University of Arizona, dokonał również niezwykle jasnych detekcji wody, metanu i tlenku węgla na podstawie danych Webba i znalazł dowody na dwutlenek węgla. Jest to największa liczba cząsteczek, jakie kiedykolwiek zidentyfikowano na planecie poza naszym Układem Słonecznym.

Skatalogowana jako VHS 1256 b, planeta znajduje się około 40 lat świetlnych od nas i krąży wokół nie jednej, ale dwóch gwiazd w okresie 10 000 lat.

VHS 1256 b znajduje się około cztery razy dalej od swoich gwiazd niż Pluton od naszego Słońca, co czyni ją doskonałym celem dla Webba. Oznacza to, że światło planety nie jest zmieszane ze światłem gwiazd.mówi Miles.

Wyżej w atmosferze, gdzie ubijają się chmury krzemianowe, temperatury osiągają upalne 1,500 stopni Fahrenheita (830 stopni Celsjusza).

W tych chmurach Webb wykrył zarówno większe, jak i mniejsze ziarna pyłu krzemianowego, które są pokazane w spektrum.

Drobniejsze ziarna krzemianu w atmosferze mogą bardziej przypominać maleńkie cząstki w dymie. Większe ziarna mogą bardziej przypominać bardzo gorące, bardzo małe cząstki piasku.zauważyła współautorka Beth Biller z Uniwersytetu w Edynburgu w Szkocji.

VHS 1256 b ma niską grawitację w porównaniu do masywniejszych brązowych karłów, co oznacza, że jej chmury krzemianowe mogą pojawiać się i pozostawać wyżej w atmosferze, gdzie Webb może je wykryć. Innym powodem, dla którego niebo jest tak burzliwe, jest wiek planety. W kategoriach astronomicznych jest dość młody. Minęło zaledwie 150 milionów lat od jej powstania – i będzie się zmieniać i ochładzać przez miliardy lat. Pod wieloma względami zespół uważa te odkrycia za pierwsze “monety” wyciągnięte z widma, które naukowcy postrzegają jako skarbnicę danych. Pod wieloma względami dopiero zaczęli identyfikować jego zawartość.

Zidentyfikowaliśmy krzemiany, ale lepsze zrozumienie, które rozmiary i kształty ziaren pasują do określonych typów chmur, będzie wymagało dużo dodatkowej pracy. To nie jest ostatnie słowo na tej planecie – to początek zakrojonych na szeroką skalę wysiłków modelowania, aby dopasować złożone dane Webba.powiedział Miles.

Chociaż wszystkie obserwowane przez zespół struktury zostały dostrzeżone na innych planetach w innych miejscach Drogi Mlecznej przez inne teleskopy, inne zespoły badawcze zazwyczaj identyfikowały tylko jedną na raz.

Żaden inny teleskop nie zidentyfikował tak wielu struktur jednocześnie dla jednego celu. Widzimy wiele cząsteczek w jednym widmie od Webba, które szczegółowo opisują dynamiczne chmury i systemy pogodowe planety.mówi współautor Andrew Skemer z University of California w Santa Cruz.

Zespół doszedł do tych wniosków, analizując dane znane jako widma zebrane przez dwa instrumenty na pokładzie Webba, spektrograf bliskiej podczerwieni (NIRSpec) i instrument średniej podczerwieni (MIRI). Ponieważ planeta krąży w tak dużej odległości od swoich gwiazd, naukowcy byli w stanie obserwować ją bezpośrednio, zamiast używać techniki tranzytów lub koronografu do zbierania tych danych.

Będzie o wiele więcej do nauczenia się o VHS 1256 b w nadchodzących miesiącach i latach, ponieważ ten zespół – i inni – będą nadal przesiewać dane w podczerwieni o wysokiej rozdzielczości Webba.

To ogromny zwrot z bardzo skromnej ilości czasu teleskopu. Po zaledwie kilku godzinach obserwacji mamy niekończący się potencjał do dodatkowych odkryć.dodał Biller.

Co może stać się z tą planetą za miliardy lat? Ponieważ jest tak daleko od swoich gwiazd, z czasem stanie się zimniejsza, a jej niebo może zmienić się z pochmurnego w czyste.

Naukowcy obserwowali VHS 1256 b jako część Webba Program Early Release Science, który ma pomóc w przekształceniu zdolności społeczności astronomicznej do charakteryzowania planet i dysków, w których powstają.

Wolf-Rayet 124: Gwiazda w okresie przejściowym. Webb uchwycił rzadko obserwowane preludium do supernowej

Radosław B. AMBROŻY

Gwiazdy Wolfa-Rayeta są rzadkim preludium do słynnego ostatniego aktu masywnych gwiazd: supernowej. W jednej ze swoich pierwszych obserwacji Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba uchwycił gwiazdę Wolfa-Rayeta WR 124 z niespotykaną dotąd szczegółowością. Charakterystyczne halo gazu i pyłu otacza gwiazdę i świeci w świetle podczerwonym wykrytym przez Webba, wykazując sękatą strukturę i historię epizodycznych wyrzutów. Pomimo tego, że jest to scena zbliżającej się gwiezdnej “śmierci”, astronomowie spoglądają również na gwiazdy Wolfa-Rayeta, aby uzyskać wgląd w nowe początki. Kosmiczny pył tworzy się w burzliwych mgławicach otaczających tego typu gwiazdy, który składa się z ciężkich pierwiastków budulcowych współczesnego wszechświata, w tym życia na Ziemi.

Rzadki widok gwiazdy Wolfa-Rayeta – jednej z najjaśniejszych, najmasywniejszych i najkrócej wykrywalnych gwiazd – był jednym z pierwszych obserwacji wykonanych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba w czerwcu 2022 roku. Webb pokazuje gwiazdę WR 124 w niespotykanych dotąd szczegółach za pomocą potężnych instrumentów podczerwonych. Gwiazda znajduje się 15 000 lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze Strzelca.

Masywne gwiazdy prześcigają się w swoich cyklach życia i tylko niektóre z nich przechodzą krótką fazę Wolfa-Rayeta, zanim staną się supernową, dzięki czemu szczegółowe obserwacje Webba tej rzadkiej fazy są cenne dla astronomów. Gwiazdy Wolfa-Rayeta są w trakcie odrzucania swoich zewnętrznych warstw, w wyniku czego powstają charakterystyczne halo gazu i pyłu. Gwiazda WR 124 ma masę 30 razy większą od masy Słońca i jak dotąd straciła materię wartą 10 Słońc. Gdy wyrzucony gaz oddala się od gwiazdy i ochładza się, kosmiczny pył tworzy się i świeci w świetle podczerwonym wykrywalnym przez Webba.

Pochodzenie pyłu kosmicznego, który może przetrwać wybuch supernowej i przyczynić się do ogólnego “budżetu pyłowego” Wszechświata, jest bardzo interesujące dla astronomów z wielu powodów. Pył jest integralną częścią działania wszechświata: chroni tworzące się gwiazdy, gromadzi się, aby pomóc w tworzeniu planet i służy jako platforma dla cząsteczek do formowania się i zlepiania – w tym cegiełek życia na Ziemi. Pomimo wielu istotnych ról, jakie odgrywa pył, we wszechświecie wciąż jest więcej pyłu, niż obecne teorie astronomów dotyczące powstawania pyłu mogą wyjaśnić. Wszechświat działa z nadwyżką budżetu pyłu.

Webb otwiera nowe możliwości badania szczegółów w kosmicznym pyle, który najlepiej obserwować w podczerwieni. Kamera na bliską podczerwień (NIRCam) równoważy jasność gwiezdnego jądra WR 124 i zawiłe szczegóły w słabszym otaczającym gazie. Instrument średniej podczerwieni (MIRI) na teleskopie ujawnia grudkowatą strukturę mgławicy gaz i pył wyrzucanej materii otaczającej gwiazdę. Przed Webbem kochający pył astronomowie po prostu nie mieli wystarczająco szczegółowych informacji, aby zbadać kwestie produkcji pyłu w środowiskach takich jak WR 124 oraz czy ziarna pyłu były wystarczająco duże i obfite, aby przetrwać supernową i stać się znaczącym wkładem w ogólny budżet pyłu. Teraz te pytania można zbadać za pomocą prawdziwych danych.

Gwiazdy takie jak WR 124 służą również jako analog, aby pomóc astronomom zrozumieć kluczowy okres we wczesnej historii Wszechświata. Podobne umierające gwiazdy po raz pierwszy zasiały młody Wszechświat ciężkimi pierwiastkami wykutymi w ich jądrach – pierwiastkami, które są obecnie powszechne w obecnej erze, w tym na Ziemi.

Szczegółowy obraz WR 124 Webba zachowuje na zawsze krótki, burzliwy czas transformacji i obiecuje przyszłe odkrycia, które ujawnią długo owiane tajemnice kosmicznego pyłu.

info: WebbTelescope.org

Obłoki pyłu węglowego widziane, gdy Wszechświat miał mniej niż miliard lat

Radosław B. AMBROŻY

Szacuje się, że Droga Mleczna zawiera około stu miliardów gwiazd. Pomiędzy nimi znajduje się ośrodek międzygwiazdowy (ISM), obszar przesiąknięty ziarnami gazu i pyłu. Pył ten składa się głównie z cięższych pierwiastków, w tym minerałów krzemianowych, lodu, węgla i związków żelaza. Pył ten odgrywa kluczową rolę w ewolucji galaktyk, ułatwiając grawitacyjne zapadanie się obłoków gazu w celu utworzenia nowych gwiazd. Ten galaktyczny pył można zmierzyć na podstawie tego, jak osłabia światło gwiazd z odległych galaktyk, powodując przejście z promieniowania ultrafioletowego do dalekiej podczerwieni.

Jednak pochodzenie różnych ziaren pyłu jest nadal tajemnicą, szczególnie we wczesnym Wszechświecie, kiedy uważa się, że cięższe pierwiastki były rzadkie. Wcześniej naukowcy uważali, że pierwiastki takie jak węgiel potrzebowały setek milionów lat, aby się uformować i nie mogły istnieć przed około 2,5 miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Korzystając z danych uzyskanych przez JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), międzynarodowy zespół astronomów i astrofizyków donosi o wykryciu ziaren węglowych wokół galaktyki, która istniała około 1 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.

Zespół badawczy składał się z astronomów i astrofizyków z wielu uniwersytetów i instytutów na całym świecie. Obejmowały one Kavli Institute for Cosmology, Cavendish Laboratory, Europejską Agencję Kosmiczną (ESA), Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), Space Telescope Science Institute (STScI), Herzberg Astronomy and Astrophysics Research Centre, National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NOIRLab), ASTRO 3D oraz Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Artykuł opisujący ich odkrycia pojawił się niedawno w Internecie i jest recenzowany w celu publikacji.

Program JADES to przegląd pozagalaktyczny i wspólny wysiłek zespołów JWST Near-Infrared Camera (NIRCam) i Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec). Celem jest przeprowadzenie głębokiego, równoległego obrazowania w średniej podczerwieni i spektroskopii około 100 000 galaktyk w dwóch pozagalaktycznych głębokich polach (GOODS-South (CDF-S) i GOODS-North (HDF)). Pola te były wcześniej fotografowane w pasmach optycznym, podczerwonym i ultrafioletowym (UV) przez teleskopy kosmiczne Hubble’a, Spitzera i Chandra w ramach Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS).

Do tej pory przegląd JADES przesuwał granice astronomii, odkrywając i potwierdzając galaktyki, które znajdują się w odległości około 13,4 miliarda lat świetlnych – najodleglejsze galaktyki, jakie kiedykolwiek zaobserwowano. Porównując je ze spektroskopią optyczną i morfologią galaktyk odległych od 10 do 11,5 lat świetlnych, JADES ujawni więcej informacji na temat wczesnych faz formowania się galaktyk. Szczególnie niepokojąca jest rola pyłu kosmicznego – materii, z której zbudowane są gwiazdy, planety, cząsteczki organiczne i całe życie – oraz kiedy pewne ziarna się uformowały.

Galaktyka GN-z11 nałożyła się na zdjęcie z przeglądu GOODS-North. Źródło: NASA/ESA/STScI

JWST jest szczególnie dobrze przystosowany do badania ziaren pyłu ze względu na zaawansowane możliwości obrazowania w podczerwieni. Jak dr Joris Witstok, doktor habilitowany w Kavli Institute for Cosmology (University of Cambridge), powiedział Universe Today przez e-mail:

Ziarna pyłu katalizują powstawanie cząsteczek i fragmentację obłoków gazu, dwa mechanizmy, które są niezbędne do powstawania gwiazd. Ponadto, podczas gdy masa pyłu galaktyki jest znikoma w porównaniu z masą gwiazdy lub gazu, ziarna pyłu pochłaniają znaczną część światła optycznego i ultrafioletowego (UV) i termicznie ponownie emitują pochłoniętą energię w podczerwieni (IR).

Opierając się na danych uzyskanych z tych pól, zespół zaobserwował bezpośrednie dowody na istnienie ziaren węglowych, które istniały do miliarda lat po Wielkim Wybuchu (ok. ponad 13 miliardów lat temu). Było to widoczne w szerokim zakresie absorpcji promieniowania UV w głębokich widmach bliskiej podczerwieni (2175 angstremów). Wcześniej obserwowano tę cechę tylko w starszych galaktykach z przesunięciem ku czerwieni z=< 3 (mniej niż 11,476 miliarda lat temu). Wcześniej uważano, że ziarna te są wytwarzane przez czerwone olbrzymy w ciągu setek milionów lat. Witstok powiedział:

Większość modeli powstawania pyłu zazwyczaj opiera się na ziarnach pyłu węglowego powstających w wiatrach gwiazdowych gwiazd asymptotycznych olbrzymów (AGB), podczas gdy gwiazdy mogą osiągnąć ten etap ewolucyjny tylko ~300 milionów lat po ich uformowaniu. Dlatego zaskakujące jest to, że dowody na obecność pyłu węglowego w tak wczesnych galaktykach, z których najodleglejsza jest widoczna, gdy wiek Wszechświata wynosił zaledwie 800 milionów lat: oznacza to, że formowanie się gwiazd rozpoczęło się zaledwie kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu (który w kosmicznych skalach czasowych jest bardzo wczesny), lub zamiast tego ziarna pyłu węglowego mogą powstać za pomocą innego, szybszego mechanizmu.

Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał dane z JWST do poinformowania o odkryciu najwcześniejszych potwierdzonych do tej pory galaktyk (ok. 13,4 miliarda lat temu). Źródło: NASA/ESA/CSA

Wyniki te sugerują, że szybszy mechanizm był odpowiedzialny za tworzenie ziaren pyłu węglowego we wczesnym Wszechświecie. Jak wyjaśnił Witstok, on i jego koledzy podejrzewają, że supernowe zasiały wczesny Wszechświat węglem, gdy zdmuchiwały swoje zewnętrzne warstwy.

Ma to ważne implikacje dla ewolucji galaktyk, ponieważ węgiel, z którego zbudowane są ziarna, jest również syntetyzowany przez te gwiazdy, co oznacza, że niektóre pierwiastki mogą rozprzestrzeniać się w galaktyce szybciej niż wcześniej sądzono.powiedział.

Webb ujawnia skomplikowane sieci gazu i pyłu w pobliskich galaktykach

Radosław B. AMBROŻY

Naukowcy korzystający z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba po raz pierwszy przyglądają się formowaniu się gwiazd, gazowi i pyłowi w pobliskich galaktykach z niespotykaną dotąd rozdzielczością w zakresie podczerwonym. Dane umożliwiły wstępne zebranie 21 artykułów badawczych, które dostarczają nowego wglądu w to, w jaki sposób niektóre z najmniejszych procesów w naszym Wszechświecie – początki formowania się gwiazd – wpływają na ewolucję największych obiektów w naszym kosmosie: galaktyk.

Największy przegląd pobliskich galaktyk w pierwszym roku działalności naukowej Webba jest prowadzony przez Physics at High Angular resolution in Nearby Galaxies (PHANGS), w którym bierze udział ponad 100 badaczy z całego świata. Obserwacje Webba są prowadzone przez Janice Lee, głównego naukowca Obserwatorium Gemini w NOIRLab National Science Foundation i astronoma stowarzyszonego z University of Arizona w Tucson.

Zespół bada zróżnicowaną próbkę 19 galaktyk spiralnych, a w ciągu pierwszych kilku miesięcy działalności naukowej Webba odbyły się obserwacje pięciu z tych obiektów – M74, NGC 7496, IC 5332, NGC 1365 i NGC 1433. Wyniki już teraz zadziwiają astronomów.

Klarowność, z jaką widzimy piękną strukturę, z pewnością nas zaskoczyła.powiedział członek zespołu David Thilker z Johns Hopkins University w Baltimore w stanie Maryland.

Bezpośrednio obserwujemy, jak energia z formowania się młodych gwiazd wpływa na gaz wokół nich i jest to po prostu niezwykłe.mówi członek zespołu Erik Rosolowsky z University of Alberta w Kanadzie.

Zdjęcia z instrumentu Mid-Infrared Instrument (MIRI) Webba ujawniają obecność sieci wysoce ustrukturyzowanych struktur wewnątrz tych galaktyk – świecących wnęk pyłu i ogromnych przepastnych bąbli gazu, które wyściełają ramiona spiralne. W niektórych regionach obserwowanych pobliskich galaktyk ta sieć struktur wydaje się zbudowana zarówno z pojedynczych, jak i nakładających się powłok i bąbli, w których młode gwiazdy uwalniają energię.

Obszary, które są całkowicie ciemne na zdjęciach z Hubble’a, rozświetlają się w niezwykłych szczegółach na tych nowych zdjęciach w podczerwieni, pozwalając nam badać, w jaki sposób pył w ośrodku międzygwiazdowym pochłonął światło od formujących się gwiazd i wyemitował je z powrotem w podczerwieni, oświetlając skomplikowaną sieć gazu i pyłu.mówi członkini zespołu Karin Sandstrom z University of California. San Diego.
.

Obrazy o wysokiej rozdzielczości potrzebne do badania tych struktur długo unikały astronomów – dopóki nie pojawił się Webb.

Zespół PHANGS spędził lata obserwując te galaktyki na falach optycznych, radiowych i ultragwałtownych za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array oraz Multi Unit Spectroscopic Explorer Bardzo Dużego Teleskopu. Jednak najwcześniejsze etapy cyklu życia gwiazdy pozostały poza zasięgiem wzroku, ponieważ proces ten jest otoczony obłokami gazu i pyłu.dodaje członek zespołu Adam Leroy z Ohio State University.

Potężne możliwości podczerwieni Webba mogą przebić się przez kurz, aby połączyć brakujące elementy układanki.

Na przykład określone długości fal obserwowane przez MIRI (7,7 i 11,3 mikrona) oraz kamerę Webba w bliskiej podczerwieni (3,3 mikrona) są wrażliwe na emisję z wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, które odgrywają kluczową rolę w powstawaniu gwiazd i planet. Cząsteczki te zostały wykryte przez Webba w pierwszych obserwacjach programu PHANGS. Badanie tych interakcji w najlepszej skali może pomóc w uzyskaniu wglądu w szerszy obraz ewolucji galaktyk w czasie.

Ponieważ obserwacje te są traktowane w ramach tak zwanego programu skarbowego, są one dostępne publicznie, gdy są obserwowane i odbierane na Ziemi.powiedziała Eva Schinnerer z Instytutu Astronomii Maxa Plancka w Heidelbergu w Niemczech i lider współpracy PHANGS.

Zespół PHANGS będzie pracował nad stworzeniem i opublikowaniem zestawów danych, które dopasują dane Webba do każdego z uzupełniających się zestawów danych uzyskanych wcześniej z innych obserwatoriów, aby przyspieszyć odkrycie przez szerszą społeczność astronomiczną.

Dzięki rozdzielczości teleskopu, po raz pierwszy możemy przeprowadzić pełny spis procesów gwiazdotwórczych i dokonać inwentaryzacji struktur międzygwiezdnych średnich bąbli w pobliskich galaktykach poza Grupą Lokalną. Ten spis pomoże nam zrozumieć, w jaki sposób powstawanie gwiazd i jego sprzężenie zwrotne odciskają się na ośrodku międzygwiazdowym, a następnie dają początek następnej generacji gwiazd lub jak faktycznie utrudniają powstawanie następnej generacji gwiazd.mówi Lee.