Галактика Сомбреро в объективе JWST: два инфракрасных диапазона

В июне 2025 года NASA опубликовало снимки галактики Сомбреро (M104), полученные космическим телескопом Джеймса Уэбба. Изображение состоит из двух частей: левая — данные камеры ближнего инфракрасного диапазона NIRCam, правая — инструмента среднего инфракрасного диапазона MIRI. Два диапазона дают принципиально разную картину одного и того же объекта — и именно в этом заключается научная ценность наблюдений.

Что такое галактика Сомбреро

M104 — линзообразная галактика в созвездии Девы, расположенная примерно в 30 миллионах световых лет от Земли. Она давно стала одним из самых узнаваемых объектов астрономических атласов: вид почти с ребра открывает характерный силуэт — яркое центральное утолщение и тёмная полоса пыли, опоясывающая диск. Внешний вид напомнил астрономам мексиканское сомбреро — отсюда и название. В видимом свете галактику фотографировал в том числе Хаббл, и снимки хорошо знакомы. Именно поэтому новые данные JWST так показательны: тот же объект в других диапазонах выглядит совершенно иначе.

Ближний инфракрасный диапазон: звёзды сквозь пыль

Камера NIRCam работает в диапазоне от 0,9 до 4,4 мкм. Для снимков использовались фильтры F090W, F200W, F212N, F277W, F335M, F444W; каждому диапазону при составлении цветного изображения присвоен условный цвет — синий, зелёный или красный.

На снимке NIRCam ярко светится центральное ядро галактики, а пылевое кольцо на внешнем крае диска видно как тёмная, неоднородная полоса. Пыль в ближнем инфракрасном диапазоне ещё блокирует часть излучения — поэтому центральные части галактики, скрытые за пылью, остаются не вполне прозрачными. Вокруг галактики и в её внешнем поле хорошо видны красные звёзды — красные гиганты. Это холодные, но крупные звёзды, чья обширная поверхность делает их яркими в инфракрасном диапазоне.

Разрешение NIRCam достаточно, чтобы различить отдельные звёзды за пределами диска — не принадлежащие галактике M104, но находящиеся в том же поле зрения на разных расстояниях от нас.

Средний инфракрасный диапазон: пыль начинает светиться

MIRI работает в диапазоне 5–28 мкм; для снимков применялись фильтры F770W, F1130W, F1280W. В среднем инфракрасном диапазоне становится заметно излучение, связанное с пылью: то, что на снимке NIRCam выглядело тёмной полосой, на снимке MIRI превращается в светящуюся структуру.

Пылевое кольцо на изображении MIRI ярко выделяется, выявляя детали своей структуры — неоднородности, сгустки, зоны разной плотности. Внутренний диск галактики также хорошо заметен. Голубые звёзды, яркие в ближнем инфракрасном диапазоне, в среднем диапазоне «исчезают» — их излучение на таких длинах волн слабее, тогда как красные гиганты хорошо видны в обоих диапазонах.

О цветах: они условны

На всех опубликованных снимках JWST цвета не соответствуют тому, что увидел бы человеческий глаз, — их вовсе невозможно увидеть невооружённым глазом, поскольку речь идёт об инфракрасном излучении, лежащем за пределами видимого спектра. Цвета на изображении — это результат присвоения видимых оттенков разным фильтрам, используемым инструментом. Такая кодировка позволяет различать излучение разных диапазонов, но не передаёт «истинный» вид объекта.

Что можно изучать по этим данным

Наблюдения выполнены в рамках программы с идентификатором 6565 под руководством Маризы Гарсии Марин. Данные открывают несколько исследовательских направлений. Пылевое кольцо содержит условия для звёздообразования — наблюдения MIRI помогут оценить, насколько активны эти процессы в M104. Вокруг галактики известно большое количество шаровых скоплений — плотных групп звёзд; разрешение JWST позволяет разделять их на отдельные объекты и изучать характеристики каждого.

Сами наблюдения — это данные; их научный анализ — отдельная работа, которая ещё предстоит. Публикация изображений означает, что данные получены и доступны, но не что уже сформулированы новые выводы о природе галактики. JWST не открыл галактику Сомбреро — она хорошо известна уже более ста лет. Но инфракрасные данные телескопа показывают структуры, недоступные предшественникам, и создают основу для следующего этапа её изучения.

Как JWST видит то, что Хаббл не мог

Сравнение снимков одного и того же объекта, сделанных разными телескопами, — один из лучших способов понять, что именно даёт новый инструмент. Хаббл снимал галактику Сомбреро в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне. Его снимки прекрасно передавали общую структуру: яркое ядро, тёмную пылевую полосу, гало из звёзд. Но разрешение и чувствительность Хаббла в среднем инфракрасном диапазоне ничтожны — у него просто нет инструмента, аналогичного MIRI.

JWST расположен в точке L2 в 1,5 млн км от Земли, работает при температуре около 40 кельвин и оснащён зеркалом диаметром 6,5 метра — против 2,4 метра у Хаббла. Вместе это даёт исключительную чувствительность в инфракрасном диапазоне. Для M104 разница особенно значима: галактика обладает масштабным пылевым кольцом, которое в видимом диапазоне выглядит просто как тёмный ободок, а MIRI превращает его в детально структурированную светящуюся структуру.

Галактика Сомбреро как лаборатория для астрофизики

M104 интересна не только визуально. В её центре находится сверхмассивная чёрная дыра с массой около одного миллиарда солнечных масс — одна из крупнейших, чьё присутствие надёжно установлено. Это определяет её как объект для изучения связи между центральными чёрными дырами и эволюцией галактик: почему одни галактики активно образуют звёзды, а другие — как M104 — перешли в «пассивный» режим?

Вокруг галактики насчитывается аномально большое количество шаровых скоплений — по некоторым оценкам, более тысячи. Это примерно в десять раз больше, чем в Млечном Пути. Шаровые скопления — реликты ранних эпох галактической истории, и их количество и распределение несут информацию о том, как формировалась и эволюционировала M104. JWST позволяет разрешить отдельные скопления в гало и изучать их цветовые характеристики — а следовательно, и возраст, и металличность. Это работа, которую предстоит сделать на основе уже полученных данных.

Линзообразная морфология: редкий класс галактик

Линзообразные галактики — промежуточный класс между эллиптическими и спиральными. В них есть диск, но не выражены спиральные рукава. M104 ближе к эллиптическим по составу звёздного населения: преобладают старые звёзды, активного звёздообразования нет. При этом у неё есть заметный пылевой диск — необычное сочетание. Одна из гипотез состоит в том, что M104 поглотила одну или несколько небольших галактик, богатых газом и пылью, что и объясняет наличие пылевого кольца при отсутствии молодых звёзд. MIRI-данные могут помочь проверить, есть ли в пылевом кольце хоть какие-то очаги звёздообразования, или пыль существует как остаток прошлого события без нынешней активности.

Читайте также: Самая подробная инфракрасная карта Млечного Пути