«Уэбб» идентифицировал самую раннюю из известных сверхновых

Космический телескоп Джеймса Уэбба определил источник чрезвычайно яркой вспышки света, известной как гамма-всплеск: это была сверхновая, взорвавшаяся, когда Вселенной было всего 730 миллионов лет. Об открытии сообщают в NASA. Этим наблюдением Уэбб также побил собственный рекорд: предыдущая сверхновая, возглавлявшая рейтинг, взорвалась, когда Вселенной было 1,8 миллиарда лет. «Только Уэбб мог непосредственно показать, что этот свет исходит от сверхновой — массивной коллапсирующей звезды», — сказал Эндрю Леван, ведущий автор одной из двух новых статей в журнале Astronomy and Astrophysics Letters и профессор Радбоудского университета в Неймегене в Нидерландах и Университета Варвика в Великобритании. «Это наблюдение также демонстрирует, что мы можем использовать Уэбб для поиска отдельных звезд, когда Вселенной было всего 5% от ее нынешнего возраста», - добавил он. Хотя гамма-всплеск при коллапсе массивной звезды обычно длится от нескольких секунд до нескольких минут, сверхновая ярчеет в течение нескольких недель, а затем медленно тускнеет. В отличие от этого, эта сверхновая ярчела в течение месяцев. Поскольку она взорвалась так рано в истории Вселенной, ее свет растянулся по мере расширения космоса в течение миллиардов лет. С растяжением света растягивается и время, необходимое для развертывания событий. Наблюдения Уэбба были намеренно проведены через три с половиной месяца после окончания гамма-всплеска, поскольку ожидалось, что в это время сверхновая будет самой яркой.

На этой иллюстрации изображена сверхновая GRB 250314A во время взрыва (слева) и через три месяца после него (справа), когда ее наблюдал телескоп Уэбба. Звездные скопления вверху слева представляют ее галактику. Artwork: NASA, ESA, CSA, STScI, Leah Hustak (STScI)

«Уэбб обеспечил быстрое и чувствительное наблюдение, которое нам было нужно», — сказал Бенджамин Шнайдер, соавтор и постдокторский исследователь в Лаборатории астрофизики Марселя во Франции.

Гамма-всплески чрезвычайно редки. Те, которые длятся несколько секунд, могут быть вызваны столкновением двух нейтронных звезд или нейтронной звезды и черной дыры. Более длительные всплески, как этот, который длился около 10 секунд, часто связаны с взрывной гибелью массивных звезд.

Немедленное, оперативное исследование источника

Первое сообщение прозвучало 14 марта. Новость о гамма-всплеске из очень удаленного источника поступила от миссии SVOM (Космический многополосный астрономический монитор переменных объектов), Франко-Китайского телескопа, запущенного в 2024 году и предназначенного для обнаружения быстротечных событий.

В течение полутора часов обсерватория NASA Нейла Геррелса Свифта точно определила местоположение источника рентгеновского излучения на небе. Это позволило провести дальнейшие наблюдения, которые помогли определить расстояние для Уэбба.

Одиннадцать часов спустя был задействован Северный оптический телескоп на Канарских островах, который обнаружил послесвечение гамма-всплеска в инфракрасном свете, что указывало на то, что гамма-излучение может быть связано с очень удаленным объектом.

Через четыре часа Очень большой телескоп Европейской южной обсерватории в Чили оценил, что объект существовал через 730 миллионов лет после Большого взрыва.

«За последние 50 лет было обнаружено лишь несколько гамма-всплесков, произошедших в первый миллиард лет существования Вселенной, — говорит Леван. — Это событие является очень редким и очень интересным».

Удивительное сходство с расположенными поблизости от нас сверхновыми

Поскольку это самая древняя и самая удаленная сверхновая, обнаруженная на сегодняшний день, исследователи сравнили ее с тем, что им хорошо известно — современными сверхновыми, расположенными поблизости от нас. Оказалось, что они очень похожи, что удивило ученых.

Почему? О первом миллиарде лет существования Вселенной до сих пор известно очень мало. Ранние звезды, вероятно, содержали меньше тяжелых элементов, были более массивными и имели более короткий жизненный цикл. Они также существовали в эпоху реионизации, когда газ между галактиками был в основном непрозрачным для высокоэнергетического света.

«Мы подошли к этому с открытым умом», — сказал Ниал Танвир, соавтор и профессор Лестерского университета в Великобритании. «И вот, Уэбб показал, что эта сверхновая выглядит точно так же, как современные сверхновые». Прежде чем исследователи смогут определить, почему такая ранняя сверхновая похожа на приближенные сверхновые, нужно больше данных, чтобы выявить мельчайшие различия.
Первый взгляд на галактику, в которой находится сверхновая

«Наблюдения Уэбба указывают на то, что эта удаленная галактика похожа на другие галактики, существовавшие в то же время», — сказал Эмерик Ле Флок, соавтор и астроном из центра CEA Paris-Saclay (Комиссариат по атомной энергии и альтернативным источникам энергии в Париж-Сакле) во Франции. Поскольку свет галактики смешан в нескольких пикселях, что делает галактику похожей на покрасневшее пятно, то, что мы можем о ней узнать, все еще ограничено. Сам факт ее наблюдения является прорывом.

Исследователи уже составили планы по повторному привлечению телескопа Уэбба к международной программе по изучению гамма-всплесков, излучаемых объектами в ранней Вселенной. Команда получила разрешение на наблюдение за событиями с помощью телескопа Уэбба и теперь имеет новую цель: узнать больше о галактиках в далекой Вселенной, фиксируя послесвечение самих гамма-всплесков. «Это свечение поможет Уэббу видеть больше и даст нам «отпечаток» галактики», — сказал Леван.
Уэбб

Космический телескоп Джеймса Уэбба — это ведущая космическая научная обсерватория в мире. Уэбб разгадывает тайны нашей Солнечной системы, смотрит за пределы дальних миров вокруг других звезд и исследует таинственные структуры и происхождение нашей Вселенной и нашего места в ней. Уэбб — это международная программа, возглавляемая NASA вместе со своими партнерами, ESA (Европейским космическим агентством) и CSA (Канадским космическим агентством).

Астрономы обнаружили одну из крупнейших вращающихся структур среди когда-либо найденных во Вселенной

Обнаружена группа вращающихся галактик, образующих очень тонкую удлиненную структуру, которая сама встроена в гигантский вращающийся филамент космической паутины. Результаты этого открытия были опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, рассказывают в Оксфордском университете. Космические филаменты — это самые большие известные структуры во Вселенной: огромные нитевидные образования из галактик и темной материи, формирующие космические каркасы. Они также выполняют роль «магистралей», по которым материя и импульс поступают в галактики. Близко расположенные к нам филаменты с большим количеством галактик, которые вращаются в одном направлении, и где вся структура, как представляется, вращается, являются идеальными системами для исследования того, как галактики приобрели собственное вращение и газ, которые они имеют сегодня. Они также могут дать возможность проверить теории о том, как космическое вращение нарастает в течение десятков миллионов световых лет.

На иллюстрации изображено вращение нейтрального водорода (справа) в галактиках, расположенных в расширенном филаменте (посередине), где галактики демонстрируют согласованное вращение, прослеживаемое до крупномасштабной космической паутины (слева). Credit: Lyla Jung

В новом исследовании ученые нашли 14 богатых водородом галактик, расположенных в 140 млн световых лет от нас в виде тонкой, вытянутой линии длиной около 5,5 млн световых лет и шириной 117 000 световых лет. Эта структура находится внутри гораздо более крупного космического филамента, содержащего более 280 других галактик и имеющего длину примерно 50 миллионов световых лет. Примечательно, что многие из этих галактик, по-видимому, вращаются в том же направлении, что и сам филамент, — гораздо больше, чем если бы направление вращения галактик было случайным. Это ставит под сомнение современные модели и свидетельствует о том, что космические структуры могут влиять на вращение галактик сильнее или дольше, чем считалось ранее.

Исследователи обнаружили, что галактики по обе стороны хребта филамента движутся в противоположных направлениях, что свидетельствует о вращении всей структуры. Используя модели динамики филаментов, они определили скорость вращения в 110 км/с и оценили радиус плотной центральной области филамента в примерно 50 килопарсеков (около 163 000 световых лет).

Соавтор исследования доктор Лайла Юнг из Оксфордского университета указала, что исключительность этой структуры заключается не только в ее размерах, но также в сочетании выравнивания вращения галактик и вращательного движения структуры.

«Ее можно сравнить с аттракционом «чашки» в парке развлечений. Каждая галактика похожа на вращающуюся чашку, но вся платформа — космический филамент — также вращается. Это двойное движение дает нам редкое представление о том, как галактики получают свой оборот от более крупных структур, в которых они существуют», — отметила д-р Юнг.

Филамент кажется молодой, относительно ненарушенной структурой. Большое количество богатых газом галактик и низкое внутреннее движение — так называемое «динамически холодное» состояние — свидетельствуют о том, что он все еще находится на ранней стадии развития. Поскольку водород является сырьем для звездообразования, галактики с богатым содержанием водорода активно собирают или удерживают топливо для образования звезд. Поэтому изучение этих галактик может дать представление о ранних или текущих стадиях эволюции галактик.

Галактики, богатые водородом, также являются отличными индикаторами потока газа вдоль космических филаментов. Поскольку атомарный водород легче нарушается движением, его присутствие помогает выявить, как газ проходит через филаменты в галактики, давая подсказки о том, как угловой момент проходит через космическую паутину, влияя на морфологию галактик, вращение и образование звезд.

Это открытие также может пригодиться в будущих попытках моделирования внутреннего выравнивания галактик, что является потенциальным фактором, который может повлиять на результаты будущих исследований слабого линзирования в космологии, проводимых в рамках миссии Европейского космического агентства «Эвклид» и обсерватории Веры Рубин в Чили.

Соавтор исследования доктор Мадалина Тудораче (Кембриджский университет / Оксфордский университет) добавила: «Этот филамент является ископаемым свидетельством космических потоков. Он помогает нам составить представление о том, как галактики приобретают вращение и растут со временем».

Для обнаружения группы вращающихся галактик астрономы использовали данные южноафриканского радиотелескопа MeerKAT, одного из самых мощных телескопов в мире, состоящего из массива 64 взаимосвязанных спутниковых антенн. Чтобы обнаружить космический филамент, который демонстрирует как когерентное выравнивание вращения галактик, так и вращение массы, это было совмещено с оптическими наблюдениями от Спектроскопического инструмента темной энергии (DESI) и Слоановского цифрового обзора неба (SDSS).

В исследовании также участвовали ученые из Кембриджского университета, Университета Западного Кейпа, Университета Родса, Южноафриканской радиоастрономической обсерватории, Университета Хартфордшира, Бристольского университета, Эдинбургского университета и Кейптаунского университета.

Телескоп "Ферми" возможно позволил впервые "увидеть" темную материю

Японский астрофизик считает, что гамма-излучение чрезвычайно высокой энергии, обнаруженное возле центра нашей галактики с помощью «Ферми», могло возникнуть из-за аннигиляции частиц темной материи. Об этом рассказывают в Токийском университете. В начале 1930-х годов швейцарский астроном Фриц Цвикки наблюдал, как галактики в космосе движутся быстрее, чем это позволяла их масса, что побудило его сделать вывод о наличии какой-то невидимой структуры — темной материи — которая удерживает галактики вместе. Спустя почти 100 лет космический гамма-телескоп NASA «Ферми», возможно, предоставил прямые доказательства ее существования, позволив впервые «увидеть» невидимую материю. До сих пор ученые могли только косвенно наблюдать темную материю через ее влияние на наблюдаемую материю, например, через ее способность генерировать достаточную гравитационную силу, чтобы удерживать галактики вместе. По мнению астрофизиков, темную материю невозможно наблюдать непосредственно по той причине, что частицы, из которых она состоит, не взаимодействуют с электромагнитной силой, то есть темная материя не поглощает, не отражает и не излучает свет.

Карта интенсивности гамма-излучения, исключающая компоненты, кроме гало, и охватывающая примерно 100 градусов в направлении центра Млечного Пути. Горизонтальная серая полоса в центральной области соответствует области галактической плоскости, которая была исключена из анализа, чтобы избежать сильного астрофизического излучения. ©2025 Tomonori Totani, The University of Tokyo

Существует множество теорий, но многие исследователи выдвигают гипотезу, что темная материя состоит из так называемых «массивных слабо взаимодействующих частиц» (WIMP). Они тяжелее протонов, но очень мало взаимодействуют с другой материей. Несмотря на недостаток взаимодействия, предполагается, что при столкновении двух WIMP они аннигилируют и высвобождают другие частицы, включая фотоны гамма-излучения.

В поисках этих конкретных гамма-лучей исследователи на протяжении многих лет проводили астрономические наблюдения в регионах, где может быть сосредоточена темная материя, таких как центр Млечного Пути. Используя последние данные обсерватории «Ферми», профессор Томонори Тотани из кафедры астрономии Токийского университета считает, что наконец обнаружил конкретные гамма-лучи, предсказанные аннигиляцией теоретических частиц темной материи.

Исследование Тотани опубликовано в журнале «Journal of Cosmology and Astroparticle Physics».

«Мы обнаружили гамма-лучи с энергией фотонов 20 гигаэлектронвольт (или 20 миллиардов электронвольт, что является чрезвычайно большим количеством энергии), которые распространяются в виде галообразной структуры в направлении центра галактики Млечный Путь. Компонент гамма-излучения точно соответствует форме, ожидаемой от гало темной материи», — сказал Тотани.

Наблюдаемый энергетический спектр, или диапазон интенсивности гамма-излучения, соответствует излучению, предсказанному в результате аннигиляции гипотетических WIMP, масса которых примерно в 500 раз превышает массу протона. Частота аннигиляции WIMP, оцененная на основе измеренной интенсивности гамма-лучей, также находится в пределах теоретических прогнозов.

Важно, как отмечают в Токийском университете, эти измерения гамма-лучей нельзя легко объяснить другими, более распространенными астрономическими явлениями или гамма-излучениями. Поэтому Тотани считает эти данные весомым доказательством гамма-излучения темной материей, которую искали в течение многих лет.

«Если это верно, то, насколько мне известно, это будет первый случай, когда человечество «увидит» темную материю. И оказывается, что темная материя — это новая частица, которая не входит в текущую стандартную модель физики частиц. Это означает значительный прогресс в астрономии и физике», — отметил Тотани.

Хотя Тотани уверен, что его измерения гамма-излучения обнаруживают частицы темной материи, его результаты должны быть проверены независимым анализом других исследователей. Даже после подтверждения ученые захотят получить дополнительные доказательства того, что галообразное излучение действительно является результатом аннигиляции темной материи, а не происходит от других астрономических явлений.

Дополнительные доказательства столкновений WIMP в других местах, где может наблюдаться высокая концентрация темной материи, подкрепили бы эти предварительные результаты. Например, обнаружение гамма-излучения такой же энергии в карликовых галактиках, как в гало Млечного Пути, подтвердило бы анализ Тотани.

«Это можно будет сделать после накопления большего количества данных, и если это произойдет, то это предоставит еще более убедительные доказательства того, что гамма-лучи происходят от темной материи», — сказал Тотани.

Ледяные спутники, такие как Мимас, могут скрывать кипящие океаны

Внутри небольших ледяных спутников вода может достигать «тройной точки», вызывая кипение, что влияет на особенности их поверхности. Об этом рассказывают в Калифорнийском университете в Дэвисе. Внешние планеты Солнечной системы окружены ледяными спутниками. Некоторые из них, такие как спутник Сатурна Энцелад, известны тем, что между ледяной оболочкой и каменистым ядром они имеют океаны жидкой воды и могут быть лучшими местами в нашей планетной системе для поиска внеземной жизни. Новое исследование, опубликованное 24 ноября в журнале Nature Astronomy, проливает свет на то, что может происходить под поверхностью этих миров, и дает представление о том, как могли сформироваться их разнообразные геологические особенности. «Не о всех этих спутниках известно, что они имеют океаны, но мы знаем, что некоторые из них имеют», — сказал Макс Рудольф, доцент кафедры наук о Земле и планетах Калифорнийского университета в Дэвисе и главный автор исследования. «Нас интересуют процессы, которые формируют их эволюцию на протяжении миллионов лет, и это позволяет нам думать о том, каким будет поверхностный вид океанического мира».

От гор до землетрясений — геология поверхности Земли определяется движением и плавлением горных пород в глубинах планеты. На ледяных спутниках геология определяется действием воды и льда.

Эти миры нагреваются приливными силами от планеты, вокруг которой они вращаются. Спутники, вращаясь вокруг планеты, могут взаимодействовать, что приводит к периодам более высокого и более низкого нагрева. Более высокий нагрев может растопить и истончить ледяной слой; когда нагрев уменьшается, лед становится толще.

Рудольф и его коллеги ранее исследовали, что происходит, когда ледяная оболочка становится толще. Они обнаружили, что, поскольку лед имеет больший объем, чем жидкая вода, замерзание оказывает давление на ледяную оболочку, что может привести к появлению таких особенностей, как «тигровые полосы» Энцелада.

Но что происходит, когда идет обратное и ледяная оболочка тает снизу? Исследователи пришли к выводу, что это может вызвать кипение океана.

Это происходит потому, что когда лед тает и превращается в менее плотную жидкую воду, давление падает. Рудольф и его коллеги подсчитали, что по крайней мере на самых маленьких ледяных спутниках, таких как Мимас и Энцелад Сатурна или Миранда, спутник Урана, давление может упасть настолько, что достигнет тройной точки — состояния вещества, при котором его твердая, жидкая и газообразная формы находятся в равновесии, то есть лед, жидкая вода и водяной пар могут сосуществовать.

Снимки Миранды, сделанные космическим зондом «Вояджер-2», показывают четкие участки хребтов и скал, которые называются коронами. Наличие этих особенностей может объяснить кипящий океан.

Мимас имеет диаметр 400 километров и покрыт кратерами, включая очень большой кратер, благодаря которому он получил прозвище «Звезда смерти». По словам Рудольфа, он кажется геологически мертвым, но колебания в его движении указывают на наличие океана. Поскольку не ожидается, что ледяная оболочка Мимаса разорвется в результате ее истончения, наличие океана можно совместить с геологически мертвой поверхностью.

Важен размер этих спутников. На более крупных ледяных спутниках, таких как Титания (другой спутник Урана), как подсчитала команда, падение давления от таяния льда привело бы к растрескиванию ледяной оболочки до достижения тройной точки воды. Авторы считают, что геология Титании могла быть результатом периода истончения ледяной оболочки, за которым последовало ее утолщение.

Так же как геология Земли помогает нам понять, почему наша планета выглядит так, как она выглядит после миллиардов лет изменений, понимание геологических процессов на этих спутниках может помочь нам понять, почему они имеют такую форму.

Соавторами исследования являются ученые из Калифорнийского университета в Беркли, Юго-западного исследовательского института (Боулдер) и Института планетных наук (Тусон). Работа была частично поддержана NASA.

Обнаружены «свежие» органические вещества из океана Энцелада, которые могут указывать на химическую или биохимическую активность

Исследователи тщательно изучили информацию, собранную из ледяных зерен, которые были получены во время близкого и сверхбыстрого пролета «Кассини» сквозь выброс из гейзера ледяного спутника Сатурна. Об этом рассказывают в NASA. Исследуемые ледяные частицы были собраны всего в 21 километре от поверхности спутника и стали первым случаем, когда ученые наблюдали такое разнообразие органических веществ в свежих частицах, выброшенных из подземных вод Энцелада. Опубликованные в журнале Nature Astronomy, эти результаты свидетельствуют о важном шаге в направлении подтверждения активной органической химии под поверхностью спутника. Это тот вид химической активности, который может поддерживать соединения, важные для биологических процессов и необходимые для жизни на Земле. Помимо увеличения разнообразия обнаруженных органических веществ, это исследование добавило новый слой к предыдущим результатам путем анализа частиц, собранных космическим аппаратом «Кассини» во время пролета непосредственно сквозь выброс из гейзера — это почти то же самое, что погрузиться непосредственно в океан спутника.

«Ранее мы обнаруживали органические вещества в кристаллах льда, которые были многолетними и, вероятно, претерпели изменения под воздействием интенсивной радиационной среды, окружавшей их», — сказал Нозаир Хаваджа из Свободного университета Берлина, главный автор исследования. «Эти новые органические соединения были всего нескольких минут от рождения, они были обнаружены во льду, который был свежим из океана под поверхностью Энцелада».

Ученые знали из предыдущего анализа данных «Кассини», что органические соединения, содержащие азот и кислород, присутствовали в частицах из кольца Е Сатурна, слабого, широкого внешнего пояса вокруг планеты, питаемого ледяным материалом, который расходится веером от гейзеров Энцелада. Но в новом исследовании были проанализированы ледяные зерна из самого гейзера спутника — другими словами, зерна, найденные ближе всего к их подповерхностному происхождению.

«Эти молекулы, которые мы нашли в свежевыброшенном материале, доказывают, что сложные органические молекулы, обнаруженные «Кассини» в кольце Е Сатурна, являются не просто продуктом длительного воздействия космоса, а легко доступны в океане Энцелада», — сказал соавтор исследования Фрэнк Постберг, также из Свободного университета Берлина.

Данные были собраны и отправлены на Землю еще в 2008 году, когда частицы льда попали на прибор «Космический пылеанализатор» «Кассини». Помимо того, что эти ледяные зерна были непосредственно взяты из гейзера, они имели еще одно преимущество: они были разбиты на мелкие частицы, когда попали на прибор во время быстрого пролета космического аппарата со скоростью 18 километров в секунду относительно спутника.

Энергия удара испарила ледяные зерна и ионизировала значительную их часть. Эти ионы были обследованы масс-спектрометром прибора на их химический состав.

Авторы исследования смогли проанализировать мельчайшие фрагменты — меньше тысячной доли миллиметра, даже меньше вируса гриппа — и обнаружить органические соединения, которых они ранее не видели в частицах из гейзеров.

Среди новообнаруженных были соединения из семейств алифатических и циклических эфиров и эфиров, некоторые из которых имели двойные связи в молекулярной структуре. Вместе с подтвержденными ароматическими соединениями, содержащими азот и кислород, эти соединения могут образовывать строительные блоки для поддержания химических реакций и процессов, которые могли бы привести к более сложной органической химии — такой, которая интересует астробиологию и сужает фокус поиска жизни в Солнечной системе.

После пролета через облако от гейзера космический аппарат, управляемый Лабораторией реактивного движения NASA в Южной Калифорнии, исследовал сложную систему Сатурна еще почти десять лет.