JWST - Космический телескоп имени Джеймса Уэбба

[vika vorobyeva]

Еще одна темная суперземля без существенной атмосферы, на этот раз TOI-1685 b: https://arxiv.org/pdf/2412.03411

Напомню, что TOI-1685 b – суперземля массой 3.8 ± 0.6 масс Земли и радиусом 1.70 ± 0.07 радиусов Земли, вращающаяся вокруг M3-карлика с орбитальным периодом 16 часов 4 минуты. Соответствующая массе и радиусу средняя плотность (~4.2 г/куб.см) помещает ее над линией силикатов. Предполагалось, что перед нами горячая океанида с атмосферой из водяного пара (http://allplanets.ru/novosti_2021_1.htm#1073).

Авторы пронаблюдали систему TOI-1685 на протяжении полного витка, получив фазовую кривую и трансмиссионный спектр планеты. Трансмиссионный спектр был получен инструментом NIRSpec 14-15 февраля 2024 года в лучах с длиной волны 2.844-5.172 мкм. Кроме транзита, на фазовой кривой прорисовался вторичный минимум, что позволило определить температуру дневного полушария.

Трансмиссионный спектр ожидаемо оказался плоским. Это говорит об отсутствии водородной атмосферы, но допускает наличие атмосферы из тяжелых газов (водяного пара, метана или углекислого газа).
Глубина вторичного минимума соответствует температуре дневного полушария, равного 1520 ± 140 К (наблюдения в канале NRS1: 2.844-3.715 мкм) и 1360 ± 100 К (наблюдения в канале NRS2: 3.823-5.172 мкм). Температура ночного полушария составила 1100 ⁺²¹⁰/_-1100 К (NRS1) и 550 ⁺³⁰⁰/^-550 К (NRS2), т.е. совместима с нулем. Ожидаемая температура для планеты с нулевым альбедо и нулевым теплопереносом на ночную сторону равна 1390 К. Другими словами, даже в случае несколько меньшей температуры, измеренной в канале NRS2,  температура дневного полушария составляет 0.98 ± 0.07 от ожидаемой температуры черной планеты.
Другими словами, перед нами снова темная планета без существенной атмосферы. Сравнение с моделями показывает, что наилучшее согласие у авторов с моделью базальтовой поверхности без атмосферы, в пределах 1 сигма допустима атмосфера Марса, атмосфера Земли отличается уже на 2.5 сигма. Впрочем, все еще допустима атмосфера из водяного пара с давлением 1 (но не 10) бар.

Однако что делать с низкой средней плотностью? Радиус TOI-1685 b, измеренный авторами, оказался ниже, чем у первооткрывателей, и составил 1.39 ± 0.04 радиусов Земли при наблюдениях в канале NRS1 и 1.37 ± 0.04 радиусов Земли при наблюдениях в канале NRS2. Это опускает планету на диаграмме "Масса – Радиус" ниже линии силикатов, а с учетом погрешностей – и к земному составу. То есть противоречие исчезает – перед нами железокаменная суперземля.

[DELVIG]

«Уэбб» разглядел, как в ранней Вселенной зарождается галактика, похожая на Млечный Путь
Гигантские галактики, которые мы видим сегодня во Вселенной, включая нашу собственную галактику Млечный Путь, в молодости были гораздо меньше. Слияния, происходившие на протяжении 13,7 миллиарда лет существования Вселенной, постепенно составили сегодняшние массивные галактики. Но, возможно, они начинались как простые звёздные скопления.
В новой статье https://arxiv.org/abs/2402.08696 представлены наблюдения «Уэбба» за галактикой с красным смещением z~8,3. При таком красном смещении свет путешествует уже более 13 миллиардов лет и начал свой путь всего через 600 миллионов лет после Большого взрыва. Галактика, получившая название «Искорка светлячка», содержит сеть массивных звёздных скоплений, которые являются свидетельством того, как растут галактики.

На вкладках:

1.Древняя галактика  Firefly Sparkle «Искорка светлячка» — предшественница таких галактик, как Млечный Путь. Уэбб обнаружил в галактике десять отдельных скоплений, которые показывают, как галактика растёт за счёт слияний.
2.Галактика Firefly Sparkle и две её соседки, BF и NBF. Масса «Искорки светлячка» сосредоточена в 10 скоплениях, которые содержат до 57 % всей его массы.
3.Иллюстрация истории звёздообразования каждого скопления, а также каждой галактики. В правом верхнем углу «Искорка светлячка» и FF-BF демонстрируют всплеск звёздообразования в последние ~ 50 млн лет, что свидетельствует о недавнем взаимодействии.

[DELVIG]

Статья, опубликованная  в журнале Nature Astronomy, показывает, что Trappist-1 b — ближайшая к своей звезде планета — возможно, не является темной каменистой планетой без атмосферы, как считалось изначально. На самом деле, может быть иначе. Новые наблюдения с использованием JWST, на этот раз в среднем инфракрасном диапазоне длин волн, выявили два сценария для Trappist-1 b.
1. Безвоздушная планета с поверхностью, на которой нет признаков выветривания, что может указывать на геологическую активность, такую как вулканизм и тектоника плит.
2. Планета с туманной атмосферой из углекислого газа также жизнеспособна — возможно, она похожа на гигантский спутник Сатурна Титан.

https://www.forbes.com/sites/jamiecartereurope/2024/12/16/earth-sized-planet-b-in-nearby-star-system-may-have-an-atmosphere-scientists-say/

https://www.nature.com/articles/s41550-024-02428-z

[vika vorobyeva]

Поскольку в Nature полный текст статьи недоступен, вот ссылка на Архив:
https://arxiv.org/pdf/2412.11627

[DELVIG]

Вика, спасибо!

[Goodricke]

Спиральная галактика NGC 2566 на свежем кадре Джеймса Уэбба. Она находится на расстоянии 76 миллионов световых лет от нас в созвездии Кормы.

https://esawebb.org/images/potm2412a/

[Майоров Виктор]

Спиральная галактика NGC 2566 на свежем кадре Джеймса Уэбба. Она находится на расстоянии 76 миллионов световых лет от нас в созвездии Кормы.

https://esawebb.org/images/potm2412a/

Уж очень красная.

[Mercury127]

Инфракрасная!

[Goodricke]

Уж очень красная.

И еще галактика NGC 2566 — снимок на MIRI
https://esawebb.org/images/potm2412b/

[vika vorobyeva]

JWST с помощью спектрографа среднего инфракрасного диапазона MIRI в режиме коронографа наблюдал планету GJ 504 b, ранее открытую на снимках: https://arxiv.org/pdf/2501.00104
Наблюдения велись в фильтрах F1065C, F1140C и F1550C, что соответствует лучам с длиной волны 10.6, 11.3 и 15.5 мкм. Удалось существенно уточнить температуру планеты (512 ± 10 К) и ее радиус (1.08 ± 0.04 радиусов Юпитера). В атмосфере GJ 504 b с достоверностью 12.5 сигма обнаружен аммиак. Полоса аммиака наблюдалась в поглощении на фоне теплового излучения планеты, которая почти лишена облаков.
К сожалению, уточнить массу планеты не удалось. Для допустимого диапазона возраста звезды (и системы в целом) 0.4-1.0 млрд. лет масса GJ 504 b попадает в диапазон 1-17 масс Юпитера (объекты такой массы будут иметь наблюдаемые размер и температуру). Почти наверняка это планета, а не легкий коричневый карлик, но для точных доказательств нужны дополнительные измерения.
В целом, GJ 504 b – одна из наиболее холодных планет, для которых получены прямые изображения. Напомню, что она была открыта на снимках Субару в 2013 году. Планета удалена от своей звезды на 2.48 ± 0.02 угловых секунд (44.4 а.е. в проекции на небесную сферу).

[Goodricke]

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» случайно отыскал рекордно далекую массивную спиральную галактику

Ее назвали «Чжулун»

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» случайно обнаружил самую далекую на сегодня спиральную галактику. «Чжулун» оказалась удивительно зрелой по структуре и чрезвычайно массивной галактикой, которая успела образовать звезды и спиральные рукава уже к первому миллиарду лет жизни Вселенной.

https://nplus1.ru/news/2025/01/07/far-grand-spiral
https://arxiv.org/abs/2412.13264

Цветной снимок «Чжулуна», полученный «Джеймсом Уэббом»

[Goodricke]

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил воду и углекислый газ в атмосфере экзопланеты WASP-166 b

https://www.ixbt.com/news/2025/01/09/wasp-166-b.html
https://arxiv.org/abs/2501.00609
https://phys.org/news/2025-01-carbon-dioxide-atmosphere-hot-super.html?utm_source=ixbtcom

[Foma]

arXiv:2501.08301: A Disintegrating Rocky World Shrouded in Dust and Gas: Mid-IR Observations of K2-22b using JWST

Проведены наблюдения короткопериодичной разрушающейся планеты K2-22b, одной из 4 известных планет такого типа. Она была обнаружена "Кеплером" в 2015 г по нерегулярным транзитам глубиной 0...1.3%, но с годами ее активность угасла почти полностью. JWST попробовал получить трансмиссионные спектры окружающих планету облаков газа и пыли, это удалось только в одном транзите из 4 предсказанных.


Спектр K2-22b.

Транзит глубиной ~0.2-0.4% был уверенно зарегистрирован в диапазоне 4-7 мкм. Спектр исключает железо и вещества богатые железом, оксиды CaO, TiO, AlO, MgO, SiO и всякую экзотику вроде FeH, SiS, SiN в газообразном или конденсированном виде. Есть сходство со спектром силиката магния, но заметный пик на 5.1 мкм можно объяснить только газовыми компонентами - NO и/или CO₂. Авторы затрудняются объяснить столь неожиданный результат. Возможно это продукты дегазации из океана магмы, либо это планета с большим содержанием воды/аммиака/клатратов, что еще удивительнее.

[Олег.]

Возможно это продукты дегазации из океана магмы, либо это планета с большим содержанием воды/аммиака/клатратов, что еще удивительнее.

Вся подобная информация носит вероятностный характер, возможно ниже 50%, а это повторение марсианских каналов....

[Goodricke]

Новый снимок от JWST  

На новом снимке Джеймса Уэбба изображена часть карликовой галактики Leo P, расположенная в 5 миллионах световых лет.

https://esawebb.org/images/LeoP/
https://phys.org/news/2025-01-tiny-galaxy-reignites-star-formation.html

[Goodricke]

Из ежемесячных обзоров Сергея Попова: http://xray.sai.msu.ru/~polar/sci_rev/440.html#arxiv/2501.09072

Открытие кандидата в сверхновые II SN на z=3.6 с помощью JWST (Discovery of a likely Type II SN at z=3.6 with JWST) https://arxiv.org/abs/2501.05513

Наблюдения на JWST позволили обнаружить кандидата в самые далекие сверхновые II типа (коллапс ядра красного сверхгиганта), для которого расстояние определено по спектру.

Данных не очень много: сравнение кривых блеска можно было проводить всего по трем точкам. Однако, поскольку данные были получены в 6 цветах (фильтрах), удается показать, что именно сверхновая II типа - это лучшее объяснение.

Материнская галактика имеет малую металличность (0.3 солнечных). Это придает дополнительную значимость исследованию таких сверхновых (но, правда, привносит и дополнительные неопределенности). Авторы надеются, что совместная работа телескопа Роман и JWST позволит сильно продвинуться в исследовании далеких сверхновых.

[Goodricke]

Из ежемесячных обзоров Сергея Попова: http://xray.sai.msu.ru/~polar/sci_rev/440.html#arxiv/2501.09072

Эволюция структуры космического Телескопа Джеймса Вебба: история конструкторов (Genesis of the James Webb Space Telescope Architecture: The Designers' Story) https://arxiv.org/abs/2501.09072

Очень интересный рассказ разработчиков космического телескопа Джеймса Вебба о том, как постепенно развивалась и эволюционировала концепция этого инструмента. Достаточно подробно, но понятно, описаны различные промежуточные идеи. Объясняется, как в итоге пришли к той конфигурации, которая была выведено на орбиту и успешно работает.

[vika vorobyeva]

С помощью NIRISS/SOSS получена полная фазовая кривая горячего нептуна LTT 9779 b в диапазоне 0.6-2.85 мкм:
https://arxiv.org/pdf/2501.14016

Это позволило измерить температуру его дневного полушария, оценить температуру ночного полушария, измерить альбедо дневного полушария в видимых лучах и даже определить, что с западной стороны диска альбедо выше, чем с восточной.

Напомню, что LTT 9779 b – горячий нептун массой 29.3 ± 0.8 масс Земли, радиусом 4.7 ± 0.2 радиусов Земли и орбитальным периодом 0.792 суток, вращающийся вокруг солнцеподобной звезды спектрального класса G7V, его эффективная температура достигает 1978 К.

LTT 9779 b пронаблюдали 7 июля 2022 года с помощью инструмента NIRISS на борту JWST в течение почти 22 часов. В результате были получены полные фазовые кривые во множестве спектральных каналов. В оптическом диапазоне (длина волны меньше 1 мкм) свет считался отраженным, в более длинноволновом диапазоне было необходимо учитывать собственное тепловое излучение планеты.
Температура дневного полушария оказалась равной 2260 ± 50 К, температура ночного не превышает 1330 К, это говорит о быстром высвечивании тепловой энергии и малой эффективности теплопереноса на ночную сторону. Усредненное альбедо дневного полушария достигает 50 ± 7%, причем в западной части диска оно достигает 79 ± 15%, а в восточной падает до 41 ± 10%. Это означает, что планета окутана яркими облаками, рисунок которых заметно меняется в зависимости от долготы.  Авторы отмечают, что альбедо близко к альбедо Сатурна, Урана и Нептуна. Скорее всего, облака состоят из силикатов магния MgSiO₃ и/или Mg₂SiO₄. Разница в альбедо западной и восточной частей диска обнаружена с достоверностью 3.1 сигма.
Поскольку наблюдения охватили и транзит, и вторичный минимум, авторы получили и трансмиссионный спектр LTT 9779 b. В спектре обнаружили водяной пар, но его мало, и вообще металличность атмосферы невелика ([M/H] < 1.54).

[vika vorobyeva]

Еще один, не столь эффектный, но тоже интересный результат – получение трансмиссионного спектра мини-нептуна TOI-776 b (масса 4 масс Земли, радиус 1.8 радиусов Земли, эффективная температура 520 К): https://arxiv.org/pdf/2501.14596

Наблюдения были проведены 24 мая и 9 июня 2023 года (2 визита) спектрографом NIRSpec с помощью гризмы G395H в диапазоне 2.87–5.14 мкм. Оба спектра получились плоскими, но один демонстрирует сдвиг между каналами NRS1 и NRS2. Это исключает водородно-гелиевую атмосферу с содержанием тяжелых элементов ниже 100 солнечных (а если рассматривать только спектр, полученный во время первого визита, то исключена атмосфера с содержанием тяжелых элементов ниже 350 солнечных). Ну или непрозрачные облака начинаются на уровне 0.1 миллибар и выше, что маловероятно.

[Dayan]

В Архиве вышла статья, в которой доказывается существование атмосферы у субземли L 98-59 b.
Evidence for a volcanic atmosphere on the sub-Earth L 98-59 b

Напомню, что L 98-59 – это близкий красный карлик спектрального класса M3V, у которого на данный момент открыто, похоже, 5 планет, 3 из которых являются транзитными – внутренняя субземля b, средняя суперземля c, внешний мининептун (вероятно нагретый водный мир) d, 2 внешние планеты не транзитные (одна из них ещё находится в статусе кандидата).
У планеты d в августе 2024 года по результатам наблюдений на JWST была открыта атмосфера, в которой содержатся соединения серы (см. JWST - Космический телескоп имени Джеймса Уэбба).

L 98-59 b имеет орбитальный период ~ 2.253 суток, массу ~ 0.40 M⊕, радиус ~ 0.85 R⊕. Инсоляция на ней превышает земную в ~ 24.7 раза (т.е. равновесная температура при нулевом альбедо ~ 627 K).
В октябре 2022 года были выпущены 2 статьи с исследованием трансмиссионного спектра этой планеты (см. TESS - космический телескоп для поиска экзопланет) по данным с телескопа Хаббла в диапазоне 1.1–1.7 мкм. Тогда авторы пришли к выводу об отсутствии атмосферы, либо же что она присутствует и содержит синильную кислоту HCN.
В новой статье представлен результат анализа трансмиссионного спектра по наблюдениям 4 транзитов с помощью JWST NIRSpec G395H (в диапазоне 2.7−5.2 мкм; см. прикреплённую картинку). Присутствие атмосферы с доминированием сернистого газа SO₂ выглядит предпочтительнее отсутствия атмосферы на 3.6σ. Авторы рассчитали, что возможен широкий диапазон давления атмосферы на поверхности (от 10⁻⁵ до более чем 1 бар). При этом, из-за высокого нагрева звёздным излучением планета должна терять атмосферу со скоростью ~ 2 · 10⁵ кг/с (или около 10 бар за 10 млн лет), но вполне вероятно, что атмосфера находится в равновесии с дегазацией мантии. Пополнять атмосферу может сильнейший вулканизм из-за приливных сил, который по крайней мере в 8 раз мощнее на единицу массы, чем у Ио. Богатая SO₂ вулканическая атмосфера L 98-59 b указывает на окисленную мантию, сохраняющую летучие вещества несмотря на близость к звезде. Магматический океан может простираться на 60–90% радиуса планеты.