Золоте сегментоване дзеркало космічного телескопа James Webb відоме насамперед зображеннями далеких галактик і областей зореутворення. Однак частину найтонших деталей обсерваторія отримує не у звичайному режимі фотографування, а за допомогою апертурної маскувальної інтерферометрії — методу, який дає змогу розрізняти близько розташовані структури, недоступні для стандартної зйомки.

Про нові результати у вівторок, 4 серпня, повідомляє NASA Blogs. Три наукові групи застосували спеціалізований режим інструмента NIRISS до об’єктів принципово різної природи: масивної подвійної зоряної системи Wolf-Rayet 137, молодої планетної системи PDS 70 і вулканічного супутника Юпітера Іо.

Основою методу є маска з кількома невеликими отворами, яку розміщують на шляху світла. Вона використовує окремі ділянки головного дзеркала так, ніби це кілька менших телескопів, сигнали яких накладаються один на одного. За інтерференційним малюнком дослідники відновлюють просторову структуру джерела та отримують кутову роздільну здатність, вищу за можливості звичайного зображення за тих самих умов.

Ціна такого виграшу — складніший збір і аналіз даних. Маска пропускає лише частину світла, тому метод найбільш ефективний для достатньо яскравих цілей. Крім того, інтерференційні сигнали необхідно ретельно калібрувати, а остаточне зображення часто залежить від математичних моделей і алгоритмів реконструкції. На Webb цю роботу виконує Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph, створений за участю Канадського космічного агентства.

У системі WR 137 інтерферометрія дозволила побачити слабкий пил, що формується у внутрішній частині зони зіткнення зоряних вітрів. Один компонент системи — надзвичайно яскрава зоря Вольфа—Райє приблизно вдесятеро масивніша за Сонце, другий має близько 17 сонячних мас. Вони здійснюють оберт одна навколо одної за 13,1 року, створюючи мінливі умови для стиснення, охолодження газу й утворення пилових частинок.

Команда DustERS просторово розділила структури на відстанях приблизно 100–200 астрономічних одиниць від центральної області системи. Для порівняння, Нептун перебуває майже за 30 астрономічних одиниць від Сонця. На таких масштабах пил залишався б надто слабким і близьким до яскравих зір для багатьох традиційних методів спостереження.

Астрономи очікували побачити спіральний візерунок на кшталт вертушки — типовий наслідок орбітального руху подвійної системи, що безперервно викидає речовину. Натомість пил WR 137 утворив майже пряму лінію. Це може означати, що геометрія орбіти, нерівномірність зоряних вітрів або фізика охолодження речовини відрізняються від спрощеної картини, яку використовували в попередніх моделях.

Комп’ютерне моделювання допомогло перетворити інтерферометричні вимірювання на найвиразніше зображення безпосереднього оточення WR 137. Значення роботи виходить за межі однієї подвійної системи: зорі Вольфа—Райє розсіюють у міжзоряному просторі важкі елементи та пил, з яких згодом можуть формуватися нові зорі, планети й складні хімічні сполуки.

Інший експеримент був спрямований на PDS 70 — сонцеподібну зорю віком близько п’яти мільйонів років, розташовану приблизно за 370 світлових років. Її оточує протопланетний диск, що складається переважно з газу з невеликою домішкою пилу. Усередині диска вже безпосередньо сфотографовано дві молоді гігантські планети PDS 70 b і PDS 70 c, які досі набирають речовину зі свого оточення.

На довжині хвилі 4,8 мікрометра Webb уперше точно виміряв середньоінфрачервону яскравість обох планет у режимі AMI. Вона виявилася більшою, ніж очікувалося лише від їхніх атмосфер. Найімовірніше, надлишкове випромінювання створює матеріал температурою близько мінус 50 градусів Цельсія, який оточує планети та може бути частиною навколопланетних акреційних дисків.

Цей результат важливий для розуміння ранньої еволюції газових гігантів. PDS 70 b і c дають змогу спостерігати стадію, яку Юпітер пройшов понад 4,5 мільярда років тому. Вимірювання на сусідніх довжинах хвиль мають уточнити температуру, розташування й кількість пилу, а також допомогти відокремити світіння планетної атмосфери від випромінювання речовини, що падає на неї.

Третім випробувальним майданчиком став Іо, поверхню якого постійно перебудовує найінтенсивніший вулканізм у Сонячній системі. Через складну будову та видимий розмір супутника стандартні методи реконструкції не підходили, тому команда застосувала нейронні мережі. П’ять спостережень протягом приблизно 30 хвилин виявили гарячі ділянки, пов’язані з різними вулканами, і великомасштабне випромінювання по диску Іо.

Домінантні структури мали характерний розмір близько 362 кілометрів і, ймовірно, відповідали окремим вулканічним областям. Деталі масштабом приблизно 580 кілометрів можуть бути пов’язані з покладами інею діоксиду сірки. Узгодженість із паралельними спостереженнями телескопа Keck II стала незалежною перевіркою нейромережевого підходу.

Разом ці дослідження демонструють, що AMI є не вузькоспеціалізованим трюком, а універсальним інструментом — від аналізу пилу біля масивних зір до пошуку речовини навколо новонароджених планет і картографування вулканів. Подібні методи можуть вплинути на конструкцію майбутніх обсерваторій, зокрема концепції Habitable Worlds Observatory, адже програмні алгоритми й інтерферометрія дозволяють підвищувати роздільну здатність без необмеженого збільшення фізичного розміру космічного дзеркала.