Президентът и телескопът, и първият кадър... (обновена)

[valio_98]

Президентът и телескопът, и първият кадър, на който ни показаха масивен куп от галактики (обновена)

Преди малко се състоя пресконференция, на която Президентът Джо Байдън лично показа първото изображение на космическия телескоп „Джеймс Уеб“.

Какво може да кажем за самото изображение? Някой астроном, който работи по купове от галактики вероятно би могъл да разпознае точно кой куп ни показаха, аз не мога. Обаче е очевидно, че става дума за масивен куп, защото този тип обекти действа като гравитационна леща – това е един вид „гравитационен“ телескоп, който позволява да видим още по-далечни галактики, които иначе биха били прекалено слаби за да бъдат регистрирани от нашите приемници. „Увеличените“ далечни галактики като правило изглеждат по-червени и някои от тях имат формата на банан – не се шегувам, гравитационната леща има подобен ефект върху далечните галактики – тя превръща една инане кръгла галактика в дъгичка.

Защо е интересно това? Изображението, което видяхме е портрет на ранната Вселена - заради ограничената и сравнително „ниска“ скорост на светлината, тя пътува от тези далечни галактики до нас мнооооого дълго време. По скоростта на разширението знаем, че Вселената е на възраст около 16.8 милиарда години. Светлината, която виждаме на въпросното изображение вероятно е напуснала тези галактики когато те са били на няколко милиарда години, а най-далечните може и да са били на по-малко от милиард.

В онези ранни времена във Вселената е имало почти само водород и хелий, както и съвсем малко литий. Тези три елемента са се получили в процеса на Големия Взрив. Скоро след това са се появили и първите звезди - „митични“ обекти, които заради липсата на по-тежки елементи, които имат голямо значение за структурата на „нормалните“ съвременни звезди, включително слънцето. Но първите звезди – астрономите ги наричат с условното име „звездно население от трети тип“ – е нямало от къде да вземат тежки елементи и теоретичните модели показват, че те са били по-големи отколкото съвременните си аналози. До сега никой не е виждал тези обекти, за да провери резултатите от моделите, защото по-масивните и по-ярки от тези звезди отдавна са избухнали като свръхнови, а по-малките и не толкова ярки просто е трудно да се видят. И ето че сега разполагаме с голям телескоп, който може би ще ни позволи да видим първите звезди във Вселената.

Преди три десетилетия космическият телескоп „Хъбъл“ също опита да види първите звезди. Историята как стана това е интересна и поучителна. По традиция наблюдателното време в големите обсерватории се разпределя от комисия, в която астрономите се редуват да „служат“ за определен период от време, примерно 1-2 години. Това е трудна дейност, която изисква много от личното време на участниците, но в същото време е и престижна. Отстрани може да изглежда като предпоставка за злоупотреби и съм далече от мисълта да твърдя, че злоупотреби няма, но почтеността е част от репутацията на един учен, и със сигурност тя е най-трудната част за изграждане и най-лесната за губене. Но има и друга традиция, според която директорът на всяка обсерватория има право да разпределя някакъв малък процент от наблюдателното време по свое усмотрение. Зад тази традиция стои остра необходимост да се реагира бързо, когато има нужда от спешни наблюдения, например заради току що избухнала свръхнова, а традиционната комисия се събира само веднъж на шест месеца и до следващото разпределяне на наблюдателното време ще е късно за спешните наблюдения...
Институтът, който управлява космическите телескопи се намира в Балтимор и се нарича Space Telescope Science Institute (STScI) и се намира в Балтимор. По същество това е най-обикновена обсерватория, само че на астрономите в нея не им се налага да ходят до някоя планина за да наблюдават. Вместо това те го правят дистанционно, буквално от кабинетите си.
По онова време директор на STScI e Боб Уйлямс. Самият той се занимава с изследване на далечни галактики и на ранната Вселена. Той осъзнава, че астрономическата общност има нужда от свръх дълбоко изображение, на което може да се видят първите галактики във Вселената. Но никой не се решава да поиска толкова много от безценното наблюдателно време на „Хъбъл“ и Уйлямс използва десет дни от директорското време за да го направи. И тук е мястото политиците да си водят записки : той прави данните достъпни за всеки, т.е. всеки желаещ може да ги свали от архива на института и да прави собствени изследвания. Излишно е да казвам, че днес в астрономическите среди Боб Уйлямс е по-известен не с резултатите от собствените си научни резултати, а с мъдрото решение да даде възможност на цялата астрономическа общност да получава научни резултати.

Повече за гравитационните лещи може да се прочете тук: https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_lens
Любопитен факт: Фриц Цвики, астрономът, който пръв е предположил, че масивните купове от галактики могат да служат като гравитационни телескопи, е роден във Варна. Повече за него може да се прочете тук: https://en.wikipedia.org/wiki/Fritz_Zwicky
За наблюденията на Hubble Deep Field, както е известно свръх дълбокото изображение, получено от Боб Уйлямс с телескопа „Хъбъл“ може да се прочете тук: https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble_Deep_Field

Тази демонстрация беше предсрочна, защото според първоначалните съобщения, данните щяха да бъдат показани за пръв път утре, на 12.07, вечерта (Българско време). Сегашната пресконференция не носеше научен характер, в нея не участва нито един астроном. Камала Харис представи Джо Байдън, който изнесе кратка реч, която не бих могъл да нарека по друг начин, освен предизборна – Байдън смята да се кандидатира за втори мандат и каза обичайните неща: че Щатите могат да се характеризират с една дума и тя е възможности, че администрацията му поддържа науката и т.н.
След което показаха изображението и Байдън даде думата на администратора на НАСА Бил Нелсън, който обясни че на този кадър виждаме раната Вселена, и че в нашата галактика има милиарди звезди, и има милиарди галактики. С други думи – нямаше никаква конкретика и очевидно целта не беше да се популяризира науката, но въпреки това за мене беше интересно за гледане, най-малкото защото почти не не съм виждал Байдън и Харис „на живо“.

[valio_98]

Популярно обяснение на изображенията, получени с космическия телескоп „Джеймс Уеб“


Вече видяхме изображението на купя от галактики SMACS 0723, когато вчера президентът Байдън го показа. Повече за куповете и гравитационните телескопи може да прочетете в предния ми пост. Новото е, че сега показаха и няколко спектъра на далечни галактики, на които се виждат обичайните емисионни линии, по които може да се определи, че тези малки петънца на изображението наистина са далечни галактики, светлината от която е излъчена преди 11-13 милиарда години, съвсем скоро след Големия взрив.
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/main_image_deep_field_smacs0723-5mb.jpg
Повече за това изображение може да се прочете тук.


Спектър на горещия юпитер WASP-96b е получен когато планетата минава между нас и звездата. Планетата се нарича горещ юпитер, защото има размер като на нашия добре познат Юпитер, но е много близо до звездата, по-близо, отколкото е Меркурий до Слънцето. Температурата на подобни планети е стотици и дори хиляди градуси.
Част от светлината на звездата – много малка част, процент от процента – преминава през атмосферата на планетата и газовете в планетната атмосфера поглъщат част от светлината на звездата. В спектъра на звездата се получават „чужди“ планетни линии. Обаче горещият юпитер, колкото и да е горещ, не е толкова горещ, колкото звездата, която има температура от порядъка на поне 2-3 хиляди градуса (Слънцето има температура около 6000 градуса).
Спектърът изглежда странно – хората, които са свикнали със спектри обикновено си представят (приблизително) плосък континуум, насечен тук-ам от долини – именно те са абсорбционните линии.
Обаче когато става дума за планетни пасажи (известни още като транзити) нещата интуитивно работят по друг начин. При пасажа наблюдателите измерват каква част от звездата е засенчена от планетата. Засенчването зависи от размера на планетата, от нейния радиус. Ако планетата е парче камък, диаметърът е един и същ на всички дължини, защото сянката е чисто геометрична.
Ако планетата има атмосфера нещата се променят. На онези дължини на вълните, които съответствуват на линиите на поглъщате в атмосферата на планетата, планетата изглежда по-голяма! Не, защото се е надула от гордост, а защото част от фотоните на звездата преминават през планетната атмосфера и каква част от тях преминава зависи именно дали има линии на поглъщане. Там къде има такива линии, планетата ефективно изглежда по-голяма. По вертикалната ос на картинката със спектъра, която виждаме, е нанесен ефективния размер на планетата на дадена дължина на вълната. „Хълмчетата“ в спектъра на WASP-96b са местата, където водната пара в атмосферата на планетата поглъща повече от светлината на звездата:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/main_image_exoplanet_wasp.jpg
Повече за това изображение може да се прочете тук.


Мъглявината Южен пръстен е планетарна мъглявина - предсмъртен тремор на звезда, която преди да ни напусне, изхвърля голяма част от външната си обвивка (т.е. от масата си). Това е процес, който може да се повтори неколкократно, поради което виждаме няколко обвивки, изхвърлени по различно време – по-външните са изхвърлени по-рано. А в центъра остава все още горещо ядро на умиращата звезда. В случая централната звезда е двойна и по червения ѝ цвят се вижда, че единия компонент е обкръжен от прахов облак.
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/main_image_stellar_death_s_ring_miri_nircam_sidebyside-5mb.jpg
Повече за това изображение може да се прочете тук.


Квинтетът на Стефан – пет галактики, четири от които са близо една до друга, на разстояние около триста милиона светлинни години. Петата галактика не е свързана физически с останалите, тя е по-близо до нас от останалите. Всяка от тези галактики в сравнима по размер с нашата собствена галактика, Млечния път. Сливането на галактики е обичайни явление във Вселената. На нашата собствена галактика предстои да се слее с галактиката в съзвездието Андромеда (известна още като М31) и да образува гигантска елиптична галактика. Сливането на галактики е доста бурен процес, при който газът и прахът, които обичайно са разпръснати из дисковете на спиралните галактики, са подложени на на ударни вълни и се свиват и се образуват множество млади звезди...
https://www.nasa.gov/sites/default/files/styles/full_width_feature/public/thumbnails/image/main_image_galaxies_stephans_quintet_sq_nircam_miri_final-5mb.jpg
Повече за това изображение може да се прочете тук.


Мъглявината Карина е район на активно звездообразуване. Те се намира на 76 хиляди светлинни години от нас, което по космически мащаби е нищожно разстояние. Това изображение, и другите, които неизбежно ще го последват, позволява да се изучава в детайли процеса на звездообразуване – как от газ и прах космическите сили, главно гравитацията – произвеждат звезди. Но гравитацията не е единствения играч в този процес – помагат или пречат, според обстоятелствата, звездният вятър, магнитните полета, диференциалното въртене на Млечния път (т.е. не всички части на нашата галактика се въртят по един и същи начин) и т.н.
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/main_image_star-forming_region_carina_nircam_final-5mb.jpg
Повече за това изображение може да се прочете тук.


https://www.youtube.com/watch?v=21X5lGlDOfg