JADES Deep Field использует наблюдения, сделанные космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА (JWST) в рамках программы JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). Команда астрономов, изучающая данные JADES, выявила около 80 объектов (обведены зеленым), яркость которых со временем менялась. Большинство этих объектов, называемых транзиентами, являются результатом взрыва звезд или сверхновых. До этого исследования было обнаружено лишь несколько сверхновых с красным смещением выше 2, что соответствует возрасту Вселенной всего 3,3 миллиарда лет – всего 25% от ее нынешнего возраста. Образец JADES содержит множество сверхновых, которые взорвались еще дальше в прошлом, когда Вселенной было менее 2 миллиардов лет. Она содержит самую далекую сверхновую, когда-либо подтвержденную спектроскопически, с красным смещением 3,6. Ее звезда-прародитель взорвалась, когда Вселенной было всего 1,8 миллиарда лет. Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА, CSA, STScI, сотрудничество JADES
Космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба смотрит глубоко в космос, давая ученым первый подробный взгляд на сверхновые звезды того времени, когда наша Вселенная была лишь частью своего нынешнего возраста. Команда использовала данные Уэбба, чтобы идентифицировать в ранней Вселенной в десять раз больше сверхновых, чем было известно ранее. Некоторые из недавно обнаруженных взрывающихся звезд являются самыми отдаленными примерами своего рода, в том числе теми, которые используются для измерения скорости расширения Вселенной.
«Уэбб — это машина для обнаружения сверхновых», — сказала Криста ДеКурси, аспирантка третьего курса Обсерватории Стюарда и Университета Аризоны в Тусоне. «Огромное количество открытий и большие расстояния до этих сверхновых — два наиболее интересных результата нашего исследования».
ДеКурси представил эти результаты на пресс-конференции на 244-м собрании Американского астрономического общества в Мэдисоне, штат Висконсин.
«Машина для открытия сверхновых»
Чтобы сделать эти открытия, команда проанализировала данные изображений, полученные в рамках программы JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Уэбб идеально подходит для поиска очень далеких сверхновых, поскольку их свет имеет более длинные волны — явление, известное как космологическое красное смещение.
До запуска Уэбба было обнаружено лишь несколько сверхновых с красным смещением выше 2, что соответствует возрасту Вселенной всего 3,3 миллиарда лет – всего 25 процентов от ее нынешнего возраста. Образец JADES содержит множество сверхновых, которые взорвались в более отдаленном прошлом, когда Вселенной было менее 2 миллиардов лет.
Ранее исследователи использовали космический телескоп НАСА «Хаббл» для наблюдения сверхновых, когда Вселенная находилась на «стадии молодой взрослой жизни». JADES позволяет ученым наблюдать сверхновые, когда Вселенная находилась в «подростковой» или «предподростковой» фазе. В будущем они надеются оглянуться назад на «детскую» или «младенческую» фазу Вселенной.
Чтобы обнаружить сверхновые, команда сравнила несколько изображений, сделанных с разницей в год, и искала источники, которые исчезли или появились на этих изображениях. Эти объекты, наблюдаемая яркость которых меняется со временем, называются транзиентами, а сверхновые являются одним из типов транзиентов. В общей сложности команда JADES Transient Survey Sample обнаружила около 80 сверхновых на участке неба толщиной всего с рисовое зерно, удерживаемое на расстоянии вытянутой руки.
«На самом деле это наш первый образец того, как выглядит Вселенная с высоким красным смещением для науки о переходных процессах», — сказал товарищ по команде Джастин Пирел, научный сотрудник НАСА по Эйнштейну в Научном институте космического телескопа (STScI) в Балтиморе, штат Мэриленд. «Мы пытаемся выяснить, фундаментально ли далекие сверхновые отличаются от того, что мы видим в соседней Вселенной, или они очень похожи».
Пирель и другие исследователи STScI провели экспертный анализ, чтобы определить, какие переходные процессы на самом деле были сверхновыми, а какие нет, поскольку они часто выглядели очень похожими.
Команда идентифицировала ряд сверхновых с высоким красным смещением, включая самую далекую из когда-либо обнаруженных спектроскопически, с красным смещением 3,6. Ее предшественница-звезда взорвалась, когда Вселенной было всего 1,8 миллиарда лет. Это так называемая сверхновая с коллапсом ядра, взрыв массивной звезды.
На этой мозаике показаны три из примерно 80 транзиентов или объектов с изменяющейся яркостью, идентифицированных по данным программы JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). Большинство переходных процессов являются результатом взрыва звезд или сверхновых. Сравнивая изображения, сделанные в 2022 и 2023 годах, астрономы смогли обнаружить сверхновые, которые, с нашей точки зрения, взорвались недавно (как примеры, показанные в первых двух столбцах), или сверхновые, которые уже взорвались и их свет померк (третий столбец). Возраст каждой сверхновой можно определить по ее красному смещению (обозначенному буквой «z»). Свет самой далекой сверхновой с красным смещением 3,8 был создан, когда Вселенной было всего 1,7 миллиарда лет. Красное смещение 2,845 соответствует времени через 2,3 миллиарда лет после Большого взрыва. Следующий пример с красным смещением 0,655 показывает, как свет покинул галактику около 6 миллиардов лет назад, когда Вселенная была чуть более половины своего нынешнего возраста. Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА, CSA, STScI, Криста ДеКурси (Университет Аризоны), сотрудничество JADES
Открытие далеких сверхновых типа Ia
Сверхновые типа Ia представляют особый интерес для астрофизиков. Эти взрывающиеся звезды настолько предсказуемо яркие, что их используют для измерения больших космических расстояний и помогают ученым рассчитать скорость расширения Вселенной. Команда идентифицировала по крайней мере одну сверхновую типа Ia с красным смещением 2,9. Свет от этого взрыва начал свой путь к нам 11,5 миллиардов лет назад, когда Вселенной было всего 2,3 миллиарда лет. Предыдущий рекорд расстояния для спектроскопически подтвержденной сверхновой типа Ia был на красном смещении 1,95, когда Вселенной было 3,4 миллиарда лет.
Ученые хотят проанализировать сверхновые типа Ia на высоких красных смещениях, чтобы увидеть, все ли они имеют одинаковую яркость независимо от расстояния. Это очень важно, потому что, если их яркость колеблется в зависимости от красного смещения, они не будут надежными маркерами для измерения скорости расширения Вселенной.
Пирель проанализировал эту сверхновую типа Ia, обнаруженную с красным смещением 2,9, чтобы увидеть, отличается ли ее собственная яркость от ожидаемой. Хотя это только первый подобный объект, результаты не позволяют предположить, что яркость типа Ia меняется с изменением красного смещения. Необходимо больше данных, но на данный момент основанные на сверхновых типа Ia теории о скорости расширения Вселенной и ее окончательной судьбе остаются неизменными. Пирель также представил свои результаты на 244-м заседании Американского астрономического общества.
Взгляд в будущее
Ранняя Вселенная была совершенно другим местом с экстремальными условиями окружающей среды. Ученые ожидают, что первичные сверхновые произойдут из звезд, которые содержат гораздо меньше тяжелых химических элементов, чем такие звезды, как наше Солнце. Сравнение этих сверхновых со вспышками в локальной вселенной поможет астрофизикам понять механизмы звездообразования и взрыва сверхновых в эти ранние времена.
«По сути, мы открываем новое окно в эфемерную вселенную», — сказал научный сотрудник STScI Мэтью Зиберт, который возглавляет спектроскопический анализ сверхновых JADES. «Всякий раз, когда мы это делали, мы обнаруживали чрезвычайно интересные вещи – вещи, которых мы не ожидали».
«Поскольку Уэбб настолько чувствителен, он находит сверхновые и другие кратковременные явления практически везде, где бы он ни указывал», — сказал Эйити Эгами, член команды JADES и профессор-исследователь в Университете Аризоны в Тусоне. «Это первый значительный шаг к более обширным исследованиям сверхновых с Уэббом».
Информация от: Научным институтом космического телескопа.
