První vědecké snímky z dalekohledu Jamese Webba (JWST)

první webbovo hluboké pole

Obecné informace: Oblast SMACS J0723.3-7327 je galaktická kupa která svou gravitací "čočkuje" světlo vzdálených objektů za ní. Uvidíme tak extrémně vzdálené objekty z dob, kdy ve vesmíru vznikly jedny z prvních objektů.

Galaktické kupy se skládají nejen z viditelné hmoty, která tvoří hvězdy, a tedy i celé galaxie, které na snímku vidíme, ale také z neviditelné skryté látky, o jejíž podstatě nevíme nic, ale je známo, že svojí gravitací působí na viditelnou hmotu. Tato temná hmota pomáhá ohýbat záření objektů nacházejících se za těmito kupami galaxií.

Ohyb světla v silném gravitačním poli předpověděl v r. 1911 Albert Einstein a astronomové se pokoušeli to dokázat při pozorování úplného zatmění Slunce. Hvězdy se na snímku jeví v trochu jiné pozici než na snímku v noci bez přítomnosti naší hvězdy. První, kdo to dokázal vyfotit byla expedice Arthura Eddingtona v roce 1919.

Také dalekohled Jamese Webba tedy využil zesílení záření pomocí takové obří vesmírné čočky. Objekty na snímku budou dosud nejslabší, jaké kdy byly pozorovány, a tedy i nejvzdálenější, protože za touto kupou galaxií se nachází objekty, které vypadají tak, jak vypadal vesmír krátce poté, co vznikl.

V podání JWST: V pondělí 11. července jsme se dozvěděli, že alespoň jeden snímek z vesmírného dalekohledu Jamese Webba bude uveřejněn už ve 23:00 našeho času, tedy téměř o den dříve, než bylo původně oznámených 16:30 v úterý 12. července. Ihned se v našich hlavách začaly rojit spekulace, s čím prezident Spojených států přijde. Přeci jenom, dlouho dopředu bylo známo alespoň to, že snímky, o kterých se bude hovořit, pokrývají široké spektrum objektů, od nejstaršího světla z dob právě vzniklého vesmíru, přes snímky mlhovin až po spektrum atmosféry exoplanety. Nabízela se odpověď, že by mohlo jít o nejhlubší pohled do vesmíru vůbec, jaký dosud máme. Tím je Hubbleovo extrémně hluboké pole. Snímek mladých galaxií z vesmíru krátce po velkém třesku. Bylo by stylové, kdyby přišlo porovnání s výkonem nového dalekohledu JWST. Nakonec jsme se dočkali po půlnoci 12. 7. 2022 a v přímém přenosu nám byl odhalen snímek velmi vzdálených galaxií, jejichž světlo bylo deformováno gravitací blíže ležící kupy galaxií.

Na snímku je oblast oblohy, jak se vyjádřil Bill Nelson, šéf NASA, velká asi jako zrnko písku, když jej podržíme na natažené ruce. Přesto je zde nepřeberné množství velmi vzdálených galaxií. A gravitace těchto galaxií zobrazuje ještě mnohem starší světlo galaxií za ní. Hvězd, které vznikly krátce po velkém třesku. Zde je snímek v plném rozlišení!

První snímek z JWST, přezdívaný První Webbovo hluboké pole, ukazuje gravitační čočku kupy galaxií SMACS J0723.3-7327. Ta svou gravitací zesiluje světlo vzdálených objektů za ní. Vidíme tak extrémně vzdálené objekty z dob, kdy ve vesmíru vznikly jedny z prvních objektů. Oblast je velká jen zhruba 2,4 úhlové minuty. Do snímku by se vešel kotouček velké planety, jako je Jupiter, asi třikrát. Tedy opravdu titěrně malé zrnko písku v dlani natažené ruky. Neuvěřitelné.

Vědci uvádí, že galaktická kupa (tedy ty bližší galaxie uprostřed snímku), která vytváří onu gravitační čočku, jsou od nás 4,24 miliardy světelných roků. Odhadují to na základě červeného posuvu ve spektru těchto galaxií. Odhad, jak vzdálené galaxie vidíme v pozadí (ony protáhlé deformované čárky), na ten ještě musíme počkat.

Často se setkáme se srovnáním s HST. V tomto případě zřejmě srovnáváme opravdu nesrovnatelné. Dostupný snímek z JWST je v plném rozlišení dvakrát větší, než podobný z HST. Navíc Hubbleův dalekohled snímal tuto oblast po dobu několika týdnů, zatímco JWST jen asi 12,5 hodiny. Přesto je rozdíl v detailech a podání slabých galaxií dechberoucí. Viz animace.

Následující den v souvislosti se zveřejněním dalších čtyř snímků byla zveřejněna i další data o galaxiích v tomto hlubokém poli. Přístroj NIRSpec pořídil spektrum jedné extrémně slabé galaxie na pozadí snímku. Tato galaxie je od nás vzdálena 13,1 miliardy světelných let, což z ní dělá nejvzdálenější objekt, u nějž víme, z jakých prvků je složen. Později bylo zveřejněno i spektrum několika dalších galaxií z prvního Webbova hlubokého pole. Na těchto grafech světelných spekter vzdálených energií NASA demonstruje se vzdáleností rostoucí rudý posuv.

Posledním zveřejněným bonusem k prvnímu snímku se stalo další spektrum, tentokrát z přístroje NIRISS, který naměřil spektra dvou samostatných obrazů galaxií deformovaných gravitační čočkou. Z grafů těchto spekter je ale vidět, že jsou shodná a jedná se tedy o jeden tentýž objekt dvakrát zobrazený díky efektu gravitační čočky.

Exoplaneta WASP-96B

Obecné informace: Jde o planetu u jiné hvězdy. Je složená převážně z plynu a obíhá hvězdu vzdálenou asi 1 150 světelných let od Země.

Exoplanetu označenou WASP-96b se podařilo najít v roce 2013. Pozdější pozorování odhalila zajímavé vlastnosti tohoto plynného obra. Je totiž o něco větší než náš Jupiter, ale hmotností je srovnatelný spíše s planetou Saturn. Jeho hustota je tedy velmi nízká. Astronomové říkají, že to je takový horký nafouknutý Saturn.

Zajímavé je, že v jeho spektru nebyly pozorovány projevy případného výskytu oblačnosti. Potvrdila to pozorování pomocí evropské soustavy dalekohledů VLT v Chile. 

Doposud jsme mohli pozorovat "světelný otisk" hvězdy se stopami atmosféry její planety, když přecházela přes její kotouč. Dalekohled JWST je ideálně vybaven pro pozorování atmosfér horkých planet. Bude velmi zajímavé, jak nám tato pozorování upřesní. Jsou zde alespoň nějaká oblaka? Z čeho se atmosféra skládá?

V podání JWST: Jedním z primárních cílů dalekohledu Jamese Webba je studium atmosfér exoplanet a hledání možných známek života v nich. Jako první byla zkoumána exoplaneta WASP-96b, horkém plynném obru obíhajícím kolem hvězdy podobné Slunci vzdálené 1 150 světelných let. dosahuje 1,2 průměru Jupiteru a kolem své hvězdy oběhne ve vzdálenosti odpovídající devítině vzdálenosti Merkuru od Slunce jednou za 3,5 pozemského dne. Jeho rozměry, krátká oběžná doba, objemná atmosféra a dostatek světla procházejícího atmosférou z něj dělají ideální cíl pro takováto pozorování. Konkrétně graf zobrazující závislost množství blokovaného světla na vlnové délce. To poukazuje na přítomnost vody na této planetě, možná i vodních oblak. Původně se neočekávalo, že tato exoplaneta oblaka vůbec má. Zajímavým porovnáním je, že Hubbleův dalekohled, jež se také zabývá průzkumem exoplanet poprvé detekoval vodu v atmosféře exoplanety roku 2013 po více než 10 letech jejich zkoumání, zatímco Webb v mnohem vyšší kvalitě již během svých prvních pozorování. Data pochází z přístroje NIRISS a byla získána při přechodu planety před mateřskou hvězdou.

Jižní prstencová mlhovina

Obecné informace: Tzv. planetární mlhovina NGC 3132 je rozpínající se oblak plynu a prachu obklopující umírající hvězdu, která byla kdysi podobná našemu Slunci.

Název planetární mlhovina se může jevit zavádějící, ale astronomům pozorujícím v minulosti zkrátka připomínaly kotoučky planet. Ve skutečnosti jde o obrovský oblak hmoty bývalé hvězdy. Rozměr oblaku, který na snímku pozorujeme je polovina světelného roku, tedy nepředstavitelných 4 733 miliard km. Plyn se navíc rozpíná rychlostí asi 15 km/s.

Snímek byl obarven uměle podle teploty pozorovaných plynů. Modrá představuje nejvíce horký plyn, nacházející se ve vnitřních částech mlhoviny. Červená odpovídá nejchladnějšímu plynu ve vnějších částech mlhoviny. HST také zobrazil filament chladného prachu, který se utvořil díky expanzi plynu. Je tvořen mnoha prvky, které tvořily dávnou hvězdu, například uhlíkem. Jednou takovou mlhovinu utvoří i naše Slunce, ale stane se tak až za 6 miliard let.

V podání JWST: Dalším pozorovaným objektem se stala Jižní prstencová mlhovina. Jedná se o planetární mlhovinu. V jejím centru se nachází hvězda na sklonku svého života, která odvrhla své vnější vrstvy, což dalo vzniknout mlhovině. Byly zveřejněny rovnou dva snímky tohoto objektu, jeden z blízké infračervené oblasti v podání přístroje NIRCam, druhý v střední infračervené oblasti z přístroje MIRI, máme tedy velmi zajímavé porovnání téhož objektu na různých vlnových délkách. Velmi zajímavé informace máme ve středovlnném infračerveném pásmu (mid-infrared). Jednak uvnitř vidíme průvodce zaniklé hvězdy (ta červená uvnitř je průvodce, ta bílý je obnažené jádro hvězdy zaniklé). Jasná oblast uvnitř je ionizovaný plyn. Oblasti více k okrajům mlhoviny jsou tvořeny prachem z hydrokarbonáty.

Stephanův kvintet 

Obecné informace: Jde o jednu z prvních objevených kompaktních skupin galaxií. V dalekohledu zde pozorujeme 5 galaxií, přičemž 4 se k sobě pravidelně navzájem přibližují a vzdalují (navzájem interagují). Dochází zde tedy k intenzivní tvorbě nových hvězd.

Galaxie se ve vesmíru navzájem potkávají a jejich hmota se může při takové kolizi prolínat. V takovém místě pozorujeme nově se rodící hvězdy (na snímku často modré oblasti plné zářivých hvězd). Příkladem takové dvojice je také známá Vírová galaxie M51 (též NGC 5194) se svým průvodcem NGC 5195. O této podstatě ovšem neměli astronomové v době jejich objevu v roce 1773 ponětí.

První skupinu kolidujících galaxií tak astronomové objevili až v roce 1877 a šlo právě o tzv. Stephanův kvintet. Galaxie NGC 7320 se před ostatní jen náhodně promítá a nachází se "jen" 39 milionů světelných roků daleko. Ostatní galaxie jsou k sobě gravitačně vázány (NGC 7317, NGC 7318a, NGC 7318b a NGC 7319) a leží asi 300 milionů světelných roků od nás.

Můžeme se těšit, že JWST nám odhalí více informací o regionech, kde se intenzivně rodí nové hvězdy. Možná poodhalí více informací o aktivním galaktickém jádru NGC 7319. Pozorování mohou odhalit něco více i o naší Mléčné dráze, která je nejspíše výsledkem takových srážek a jednou se prolne její hmota se sousední galaxií v Andromedě.

V podání JWST: Čtvrtý snímek z Webbova dalekohledu v neskutečných detailech ukazuje skupinu pěti galaxií známou pod názvem Stephanův kvintet. Ta úplně nalevo se jen promítá do blízkosti ostatních, zatímco čtyři zbývající spolu gravitačně interagují a nachází se ve vzdálenosti 300 milionů světelných let. Dvě prostřední galaxie spolu dokonce navzájem kolidují. Snímek je kombinací dat z přístrojů NIRCam a MIRI, byl zveřejněn ale také samostatný snímek z přístroje MIRI.

Mlhovina Carina 

Obecné informace: Známý objekt kolem hvězdy éta Carinae je nejjasnější mlhovina na obloze, od nás nepozorovatelná. Je to hvězdná porodnice. 

Snímek této mlhoviny, jak je patrné, si lze pořídit již z Kanárských ostrovů. Výše uvedená fotografie Lukáše Veselého je Českou astrofotografií měsíce dubna 2022. Na obloze se nachází v oblasti bývalé lodi Argonautů. Ta byla později rozdělena na souhvězdí, která u nás vystupují v zimě nízko nad obzor, a sice Lodní záď vlevo od známého Velkého psa s hvězdou Sirius a také souhvězdí Plachty, které u nás ale prakticky nelze pozorovat. Souhvězdí Carina je česky Lodní kýl a ten je již celý schován pod naším obzorem. 

Mlhovina je od nás vzdálena asi 8 500 světelných roků, což je ve srovnání se známou Velkou mlhovinu v Orionu celkem daleko (ta j vzdálena asi 1345 sv. roků). Jedná se tedy o jednu z největších mlhovin v naší Galaxii. Každá taková mlhovina je doslova porodnicí hvězd a kolem nich vznikajících planet. Tvoří ji obří mračna plynu a prachu a září hlavně v červené barvě ionizovaného vodíku.

Nachází se zde mnoho pozoruhodných objektů. Například nejmladší otevřené hvězdokupy - místa právě zrozených hvězd, starých asi půl milionu roků. Najdeme se zde jedny z nejzářivějších hvězd vůbec, hvězdné veleobry produkující velmi silné rentgenové záření. Takové hvězdy brzy explodují jako supernovy, stlačí okolní plyn a prach a dají vzniknout novým hvězdám. Není pochyb, že jakýkoli detailní pohled do této mlhoviny bude vzrušujícím zážitkem. Zvláště když JWST je schopen vidět i skrz mračna prachu, která jsou jinak pro naše oko neprostupná.

V podání JWST: Poslední snímek z první zveřejněné série pořízený prostřednictvím JWST zobrazuje okraj hvězdotvorné oblasti s katalogovým číslem NGC 3324 v mlhovině Carina nazvaný Kosmické útesy. Vypadá jako působivá krajina plná hor a údolí, přičemž největší vrcholy měří 7 světelných let. Můžeme zde vidět i hvězdy, které nebyly nikdy předtím pozorovány, jelikož je ve viditelném části spektra překrývá prach. V infračervené oblasti, v níž pozoruje Webb tyto mladé hvězdy ale pozorovat můžeme, na snímku je vidíme jako červené tečky v temných oblacích prachu. 

závěr

Zveřejněním těchto dechberoucích fotografií začala bez přehánění nová éra astronomie. Dalekohled Jamese Webba se již svými prvními snímky zapsal do povědomí široké veřejnosti a v očích mnohých je již nyní absolutní špičkou a ikonou současné astronomie. Zařadil se tak po bok pomalu se loučící astronomické legendy v podobě Hubbleova dalekohledu. Je až neuvěřitelné, že konečně nastal ten okamžik, o kterém prakticky všichni astronomové tak dlouho snili, nejdražší a největší astronomický projekt současnosti stojí na prahu své vědecké kariéry v kondici lepší, než bylo před startem předpokládáno, a jeho první snímky tento fakt jen podporují. Nyní už se můžeme těšit na další vzrušující snímky a data a s nimi souvisejícími objevy, ve které mohli vědci dříve jen doufat. 

Další informace

Tento článek byl původně živě aktualizován v průběhu zveřejňování jednotlivých snímků z JWST. Poté jsme ho přetvořili na ucelený souhrn informací o těchto velmi důležitých a také působivých snímcích, kterými dalekohled Jamese Webba zahájil svůj provoz. Vedle toho už v pátek vyšel komplexní článek popisující jak dalekohled jako takový, tak důležité události spojené s dosavadním průběhem jeho mise. Zveřejnění snímků bylo živě komentováno z Hvězdárny a planetária Brno Jiřím Duškem, Dušanem Majerem a Norbertem Wernerem. V podvečer po uveřejnění všech pěti snímků pak ještě přišel jejich souhrn ve speciálním díle Astronomických událostí IQlandie v podání Martina Gembece a Jana Herziga.

Autoři článku: Jan Herzig a Martin Gembec

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Kompletní souhrn informací o JWST
[2] Přímý přenos z Brna 12. 7. v 16:30 k prvním snímkům
[3] Astronomické události