JWST - Космический телескоп имени Джеймса Уэбба

[Скеп-тик]

А первые звезды так и не нашли?

И вряд ли найдут. Они образовывались из нейтрального газа, а газ, водород и гелий, при большой толще - непрозрачен. Они так и закончили свою жизнь в тумане. Только вторичные звёзды, поменьше и долгоживущие, смогли повторно ультрафиолетом ионизировать (ужé) межгалактическую среду и сделать её прозрачной для света.
Так что меж источником реликтового излучения и первыми галактиками имеется "чёрная стена".

[vika vorobyeva]

Атмосфера мини-нептуна GJ 9827 d все-таки состоит из водяного пара: https://arxiv.org/pdf/2410.03527

Наблюдения на JWST/NIRISS позволили снять вырождение решения на состав атмосферы, полученного по результатам наблюдения на "Хаббле". Тогда в атмосфере планеты был обнаружен водяной пар, но было неясно, является ли он малой примесью к водородной атмосфере на фоне высотных облаков, или является основным компонентом атмосферы в отсутствии облаков.
По данным JWST водяной пар является основным компонентом атмосферы. Углеродсодержащих газов (метана, углекислоты, угарного газа) не обнаружено. Средняя молекулярная масса атмосферного газа составляет 18.0 ^+0.2/_-0.6. Какого-либо увеличения радиуса планеты в линии метастабильного гелия не обнаружено, что тоже подтверждает вторичное происхождение атмосферы GJ 9827 d.

Напомню, что GJ 9827 d – мини-нептун радиуса 2.0 ± 0.1 радиусов Земли и массой 3.0 ± 0.6 масс Земли, вращающийся вокруг позднего оранжевого карлика GJ 9827 (K2-135) с орбитальным периодом 6.202 суток. Эффективная температура планеты в предположении нулевого альбедо 675 ± 14 К, в предположении альбедо, равного 0.3 – 618 ± 12 К.

[DELVIG]

Команда, возглавляемая Юго—Западным исследовательским институтом (САН—АНТОНИО) впервые обнаружила углекислый газ и перекись водорода на ледяной поверхности крупнейшего спутника Плутона, Харона, используя наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба. Эти открытия дополняют известный химический состав Харона, ранее определенный с помощью наземных и космических наблюдений, который включает водяной лед, вещества, содержащие аммиак и органические вещества, ответственные за серую и красную окраску Харона.
На вкладке данные JWST ( обозначено белым цветом) и New Horizons ( обозначено розовым цветом) согласуются по форме спектра и интенсивности полос поглощения на коротких длинах волн света; смещение в абсолютном количестве рассеянного света в значительной степени может быть объяснено различиями в геометрии обзора. 

https://www.eurekalert.org/news-releases/1059846

https://www.nature.com/articles/s41467-024-51826-4

[Скеп-тик]

По данным JWST водяной пар является основным компонентом атмосферы. Углеродсодержащих газов (метана, углекислоты, угарного газа) не обнаружено.

Водяной пар полностью перекрывает линии метана, а у углекислого газа остаётся единственное окно в "водяной шторе" в районе 3,5 мкм. Если фильтр спектрометра пропускает и 4 мкм, то эта линия тоже будет зашумлена водяным паром.

[Foma]

Тайна самого первого известного транзитного мининептуна GJ 1214 b наконец начинает приоткрываться с помощью JWST.

GJ 1214 b пронаблюдали почти на всём протяжении орбиты с помощью прибора среднего инфракрасного диапазона MIRI на JWST. Было зарегистрировано вторичное затмение планеты звездой, что позволило составить тепловую карту мининептуна и вычислить температуру дневной и ночной стороны – она оказалась равной 553 ± 9 и 437 ± 19 K (~ 280 и 164 °C) соответственно. Разницу можно объяснить только атмосферой, состоящей из летучих веществ с высокой средней молекулярной массой, таких как вода или метан, водорода в ней мало. Спектры дневной и ночной сторон демонстрируют признаки поглощения с достоверностью больше 3σ, и H₂O является наиболее вероятной причиной в обоих случаях.

Кроме того, температура оказалась ниже ожидаемой, а значит атмосфера отражает большую часть падающего излучения звезды – альбедо Бонда планеты равно 0.51 ± 0.06.

Напомню, что предыдущие исследования показывали плоский трансмиссионный спектр, говорящий о полном покрытии планеты какой-то дымкой или толстым облачным слоем, скрывающим линии поглощения химических соединений. Планета, вероятно, сформировалась далеко от звезды, а затем мигрировала ближе, в результате чего потеряла почти всю первичную водородную атмосферу. Сейчас, по-видимому, она состоит в основном из воды, возможно с примесью метана.

arXiv:2410.10183: Possible Carbon Dioxide Above the Thick Aerosols of GJ 1214 b
arXiv:2410.10186: A Possible Metal-Dominated Atmosphere Below the Thick Aerosols of GJ 1214 b Suggested by its JWST Panchromatic Transmission Spectrum



В свежем трансмиссионном спектре GJ1214b от NIRSpec увидели намеки на полосы поглощения углекислого газа и возможно метана, полосы поглощения воды достоверно зарегистрировать не удалось. Все это указывает на высокое отношение С/O и куда большую металличность атмосферы, чем считалось ранее. Согласно моделям, основным компонентом атмосферы GJ1214b является CO₂, где-то 10% может составлять вода, ~1% - SO₂, а доля H₂ не превышает 0.1%. Модели также дают совершенно безумные скорости образования аэрозолей (дымки) - 10^-10...10⁻⁸ г/см²/с (для сравнения - на Титане 10⁻¹⁴ г/см²/с). Скорее всего это какие-то соединения серы.
В общем, GJ1214b становится удивительно похожа на Венеру: горячая планета с углекислотной атмосферой, серными аэрозолями и высоким альбедо. Единственная проблема - как теперь объяснить низкую плотность планеты (2.2 г/см³), если вариант океаниды действительно отпадает?

[Dem]

Единственная проблема - как теперь объяснить низкую плотность планеты (2.2 г/см3), если вариант океаниды действительно отпадает?

А не может быть углекислотного аналога океаниды?
Т.е. очень толстая атмосфера СО2 на донышке которой (где десятки-сотни тысяч атм давления) слой твёрдой углекислоты?

[vika vorobyeva]

Сегодня в Архиве вышла еще одна статья о наблюдениях вторичного минимума суперземли, на этот раз LHS 1178 b: https://arxiv.org/pdf/2410.11048

Напомню, что LHS 1178 b вращается вокруг красного карлика спектрального класса M3 V с орбитальным периодом 1.95 суток; при радиусе 1.24 радиусов Земли ее масса равна 2.33 масс Земли, что совместимо с железокаменным составом. Планета горячее Меркурия (освещенность примерно в 21 раз превышает освещенность на орбите Земли), эффективная температура 585 К.

Авторы пронаблюдали два вторичных минимума на JWST/MIRI. Во время одного наблюдения глубина вторичного минимума составила 146 ± 56 ppm, во время второго вторичного минимума вообще не зарегистрировали. Это говорит о том, что планета холоднее, чем должна была быть в предположении черной поверхности и отсутствия атмосферы. Вариант "черная поверхность в отсутствии атмосферы" исключен с достоверностью 3.4 сигма, вариант "поверхность с альбедо 0.2 в отсутствии атмосферы" исключен с достоверностью 2.9 сигма. Атмосфера, скорее всего, углекислотная, но давление пока не определить, варианты 0.1 – 1 – 10 бар все подходят, как и различные варианты смеси углекислого газа и водяного пара при 1 бар.
Приятное разнообразие после нескольких черных суперземель без атмосферы.

[Dayan]

В свежем трансмиссионном спектре GJ1214b от NIRSpec увидели намеки на полосы поглощения углекислого газа и возможно метана, полосы поглощения воды достоверно зарегистрировать не удалось. Все это указывает на высокое отношение С/O и куда большую металличность атмосферы, чем считалось ранее. Согласно моделям, основным компонентом атмосферы GJ1214b является CO₂, где-то 10% может составлять вода, ~1% - SO₂, а доля H₂ не превышает 0.1%. Модели также дают совершенно безумные скорости образования аэрозолей (дымки) - 10^-10...10⁻⁸ г/см²/с (для сравнения - на Титане 10⁻¹⁴ г/см²/с). Скорее всего это какие-то соединения серы.
В общем, GJ1214b становится удивительно похожа на Венеру: горячая планета с углекислотной атмосферой, серными аэрозолями и высоким альбедо. Единственная проблема - как теперь объяснить низкую плотность планеты (2.2 г/см³), если вариант океаниды действительно отпадает?

Почитал все три статьи, вышедшие вчера, и посвящённые GJ 1214 b. Насколько я понимаю, вариант богатой водой внутренней части не отпадает, просто в наблюдаемом JWST диапазоне 2.5–5.1 мкм линии воды слабее линий углекислого газа, особенно в условиях мощной высотной дымки, а данные слишком зашумлены. Линия CO₂ на длине ~ 4.3 мкм выделяется сильнее всего (на самом деле, даже если доля воды по массе сравнима или больше углекислого газа), на основе чего делается вывод об очень высокометалличной атмосфере. Правда пока значимость не очень высока, составляет 3.3 σ. Вывод о тонкой атмосфере также делается и на основе плоского спектра в более длинноволновой области, 5–12 мкм, с инструмента MIRI JWST, но он очень неплотный и значительно более шумный, чем спектр с NIRSpec. Авторы везде говорят, что нужны ещё наблюдения. Самый сильный вывод – почти полное отсутствие водорода в атмосфере.
На диаграмме "масса – радиус" GJ 1214 b находится выше линии 100% холодной воды. Нынешние результаты, конечно, входят в сильнейшее противоречие с моделями планет с низкой средней плотностью (о чём Вы и написали), особенно если предполагать, что GJ 1214 b состоит также и из более тяжёлых, чем вода, веществ. Если в составе доминирует CO₂ и/или CO, то её радиус должен быть гораздо меньше (а плотность выше). Кроме того, GJ 1214 b из углекислого и/или угарного газа ещё труднее объяснить с точки зрения формирования, чем планету из воды, так как она должна была образоваться за снеговой линией данных веществ системы, и эти линии находятся дальше снеговой линии воды от звезды. Как пишут в одной из статей, реальные планеты могут содержать как много воды, так и много углекислого/угарного газа в составе.
В общем, ждём либо пересмотра параметров GJ 1214 b в сторону увеличения средней плотности (но оно не может быть существенным, ведь это первый транзитный мининептун, известный человечеству, и за 15 лет его наблюдений накопилось уже довольно много данных касательно размера и массы), либо таки обнаружения линий воды по мере увеличения спектральных наблюдений.

То, что GJ 1214 b может иметь значительные количества углекислого/угарного газа в составе, наверное, исключать нельзя – планеты земной группы Солнечной системы состоят в основном из силикатов (т.е. соединений кремния, магния, алюминия, кальция и т.д. с кислородом) и железа, то почему бы не существовать и планетам в основном из соединений углерода с кислородом. Но опять же, привычной "поверхности" ("донышка", как тут писали), встретить тоже не получится – атмосфера при любом составе переходит в толстую оболочку из сверхкритической жидкости (из углекислого/угарного газа, или воды, или и того и другого), простирающейся до давлений в миллионы бар (и температур более пяти тысяч Кельвинов), в которой по мере погружения к центру всё сильнее растворены более тяжёлые вещества.

[Goodricke]

Космический телескоп Джеймс Уэбб, возможно, впервые обнаружил коричневые карлики за пределами Млечного Пути в звездном скоплении NGC 602.
https://esawebb.org/news/weic2425/
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad779e

[Goodricke]

Астрономы объединили данные, полученные космическими телескопами «Джеймс Уэбб» и «Хаббл», чтобы рассмотреть две спиральные галактики IC 2163 и NGC 2207, которые находятся в процессе слияния.

https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Webb_and_Hubble_examine_spooky_galaxy_pair

[DELVIG]

                             “Пылевой диск Веги гладкий, до смешного гладкий”,
 сказал Андрас Гаспар из Университета Аризоны, член исследовательской группы. Большим сюрпризом стало то, что не обнаружилось никаких очевидных свидетельств того, что одна или несколько крупных планет "пропахивают" поверхность диска подобно снегоуборочным тракторам.  Уэбб видит инфракрасное свечение диска из частиц размером с песчинку, вращающегося вокруг сверкающей бело-голубой звезды, которая в 40 раз ярче нашего Солнца. Телескоп "Хаббл" запечатлел внешнее гало этого диска, в котором частицы размером не больше дымки отражают звездный свет. Распределение пыли в обломочном диске Веги слоистое, потому что давление звездного света выталкивает более мелкие частицы быстрее, чем более крупные.

Представлены изображения:

 
Снимок пылевого диска шириной 100 миллиардов миль вокруг звезды Вега, сделанный космическим телескопом "Хаббл" (слева) и космическим телескопом Джеймса Уэбба (справа) позволяет увидеть свечение теплой пыли в ореоле диска.


Космический телескоп Джеймса Уэбба зафиксировал свечение теплой пыли в ореоле диска на расстоянии 23 миллиардов миль. Внешний диск (аналог пояса Койпера в Солнечной системе) простирается от 7 до 15 миллиардов миль. Внутренний диск простирается от внутреннего края внешнего диска до непосредственной близости от звезды. Наблюдается заметное снижение поверхностной яркости внутреннего диска примерно с 3,7 до 7,2 миллиардов миль. Черное пятно в центре связано с отсутствием данных о насыщенности.

https://astronomynow.com/2024/11/01/legendary-star-lacks-evidence-for-large-planet-formation/

[Shandrik]

А этот "main gap" не показывает, что в нём вещество выметено планетой?

[Foma]

А этот "main gap" не показывает, что в нём вещество выметено планетой?

Нет, см оригинальную статью arXiv:2410.23636
Массивные планеты было бы видно по их собственному тепловому излучению, что закрывает диапазон масс >0.3 M_J при a>10 а.е. Планеты помельче могли бы проявить себя неоднородностями в структуре диска, чего также не наблюдается - диск исключительно симметричный. В общем, планет массивнее 6 M_E в диске Веги нет.
Что касается "щели", то ее положение и внешний вид зависят от диапазона наблюдений. Авторы статьи объясняют это динамикой частиц. На определенном расстоянии от звезды скорость миграции частиц разных размеров, определяемая градиентом температуры и эффектом Пойнтинга-Робертсона, становится сильно разной. Диск обедняется частицами определенного сорта, местная оптическая толщина падает и мы видим "щель". На 25.5 мкм она видна на 60 а.е., в более коротковолновых диапазонах - вообще не видна.

[LeMay]

  Хотя диск вокруг Веги виден до предела наблюдаемости (7 астрономических единиц от звезды), моделирование даёт возможность существования мини-нептуна, "удерживающего" внутренний край диска (3-5 астрономических единиц от звезды).
  Авторы второй статьи задаются вопросом, почему диск схожего с Вегой по классу (A) и возрасту (~450 млн лет) Фомальгаута неоднороден как минимум из-за одной планеты-гиганта (хотя сама планета пока не подтверждена), а у Веги очень ровный.
  По мнению учёных учитывая физическое сходство между звёздами, почему Фомальгаут, похоже, смог сформировать планеты, а Вега — нет?. В чем разница? Это различие создано околозвездной средой или самой звездой? Что озадачивает, так это то, что в обоих случаях работает одна и та же физика.

[vika vorobyeva]

Сегодня в Архиве вышла статья о получении трансмиссионного спектра горячей суперземли L 168-9 b (TOI-134 b): https://arxiv.org/pdf/2411.03154

Авторы пронаблюдали три транзита L 168-9 b с помощью NIRSpec и MIRI и получили трансмиссионный спектр в диапазоне 3-12 мкм. Спектр закономерно оказался плоским. Это означает:
– полное отсутствие атмосферы, что весьма вероятно для каменистой планеты с эффективной температурой 980 ± 20 К;
– наличие высотных облаков на уровне давления 1 миллибар или выше;
– в отсутствие высотных облаков – атмосферу с содержанием тяжелых элементов выше 100 относительно солнечного значения, что означает, что средняя молекулярная масса больше 4.
Фактически, исключена только безоблачная преимущественно водородно-гелиевая атмосфера, которую никто и не ожидал на такой близкой к звезде горячей планете. По расчетам авторов, водородно-гелиевая атмосфера должна быть утрачена в первые 200 млн. лет, а этой системе около 3 миллиардов лет.

Необходимо получить эмиссионный спектр в среднем ИК диапазоне, который позволит разделить вариант планеты без атмосферы от варианта планеты с атмосферой из тяжелых газов.

[DELVIG]

                            Атмосфера и возможные примеси серы на экзопланете  L98-59d.

В The Astrophysical Journal опубликована статья https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad73d0, в которой группа международных учёных представила предварительные доказательства наличия богатой серой атмосферы на экзопланете L 98-59 d, которая находится в 35 световых годах от Земли и в 1,5 раза больше нашей планеты. Если это подтвердится, то L 98-59 d станет самой маленькой из известных экзопланет с атмосферой.
Исследователи использовали космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) для наблюдения транзита L 98-59 d по диску её родительской звезды. Применяя метод трансмиссионной спектроскопии, они получили спектр пропускания атмосферы экзопланеты, который намекает на возможное присутствие диоксида серы (SO₂) и сероводорода (H₂S)

[Dayan]

                            Атмосфера и возможные примеси серы на экзопланете  L98-59d.

Уже было 2.5 месяца назад: JWST - Космический телескоп имени Джеймса Уэбба.

[DELVIG]

Наблюдения JWST и «Чандры» выявили сверхмассивную черную дыру с малой массой, которая, по-видимому, поглощает материю более чем в 40 раз больше теоретического предела

https://noirlab.edu/public/news/noirlab2427/

https://www.nature.com/articles/s41550-024-02402-9

[Goodricke]

Шикарный снимок галактики Сомбреро М104 от JWST

Новый кадр, сделанный телескопом Джеймса Уэбба в среднем инфракрасном спектре, раскрывает удивительные детали этой галактики. Вместо привычного яркого ядра мы наблюдаем небольшой диск, в центре которого скрывается сверхмассивная чёрная дыра.

https://science.nasa.gov/missions/webb/hats-off-to-nasas-webb-sombrero-galaxy-dazzles-in-new-image/

[Goodricke]

Спиральная галактика NGC 2090 на новом снимке Джеймса Уэбба

Она находится на расстоянии 40 миллионов световых лет в созвездии Голубя.

https://esawebb.org/images/potm2411a/