NASA geeft een verbluffend beeld vrij ter ere van de James Webb Space Telescope

Vandaag, 365 dagen nadat NASA de eerste reeks gegevens en afbeeldingen voor de missie heeft onthuld, is het duidelijk dat JWST serieuze wetenschap en prachtige foto’s met zelfvertrouwen kan produceren. NASA viert de eenjarige verjaardag van het wetenschappelijke debuut van JWST met… Geef een nieuwe foto vrij, wat het vermogen van de telescoop aantoont om het universum opnieuw te verbeelden. Het dramatische en enigszins hallucinerende beeld legt de dynamiek vast van het Rho Ophiuchi-wolkencomplex, het stervormingsgebied dat zich het dichtst bij de aarde bevindt, waar planetaire systemen zoals het onze zich in de vroege stadia van vorming zouden kunnen bevinden.

“De telescoop werkt beter dan we hadden kunnen hopen”, zegt NASA-astrofysicus Jane Rigby, die eerder deze maand hoofdwetenschapper werd voor het JWST-project.

Rigby zei dat de wetenschappelijke gemeenschap een beetje terughoudend was bij het plannen van haar agenda voor het eerste jaar van waarnemingen, maar dit komende jaar zal de wetenschap ten volle profiteren van wat de telescoop kan doen. “We zijn veel brutaler geworden in jaar twee.”

JWST’s reis rond de zon is niet zonder verkeersdrempels geweest. Het eerste jaar van de wetenschappelijke operatie omvatte een korte pauze in de gegevensverzameling om veiligheidsredenen en een zware botsing met ruimtestof die projectmanagers dwong het observatorium vanaf nu min of meer naar achteren te verplaatsen.

Maar wetenschappers die werken met de gegevens die van de telescoop zijn gedownload, zijn enthousiast over zijn prestaties terwijl hij door het infrarode deel van het spectrum zift en licht opvangt dat niet kon worden opgevangen door de vorige Hubble-ruimtetelescoop.

De kop tot nu toe is dat de JWST veel verrassend heldere sterrenstelsels in het vroege heelal heeft gezien. Dit bleek een beetje puzzelen.

Volg een kosmische rondleiding in beelden die zijn vastgelegd met de Webb-telescoop van NASA

Nee, de JWST heeft de oerknaltheorie niet weerlegd. De kosmologie volgde niet het pad van de frenologie. Maar waarnemingen van veel licht uit de beginperiode van de vorming van sterrenstelsels leidden tot veel hoofdbrekens. Observatie en theorie zijn nog niet helemaal op elkaar afgestemd.

“Ik denk dat er spanning is”, zegt natuurkundige Massimo Steavelli, JWST-missiechef van het Space Telescope Science Institute in Baltimore. “Dit valt niet te ontkennen, want de dingen zijn anders dan we dachten dat ze zouden zijn.”

Belangrijkste bevindingen van JWST

JWST werd eind jaren tachtig voorgesteld als een opvolger van het nog te lanceren Hubble-ruimtevaartuig, maar lijdt al vele jaren onder vertragingen en dreigende ontmoetingen met financieel ingestelde wetgevers. Het is een investering van $10 miljard. Het is niet ontworpen met het soort modulaire functies die reserveonderdelen mogelijk zouden maken als er iets zou gebeuren.

Het bevindt zich ook ver weg in de diepe ruimte, in een zwaartekrachtstabiele baan rond de zon, L2 genaamd, die het ongeveer een miljoen mijl van de aarde houdt. NASA heeft momenteel geen ruimteschepen om astronauten naar L2 en terug te vervoeren.

Dit alles draagt ​​bij aan de vreugde van de wetenschappers dat de telescoop werkt zoals gepland.

Voor een telescoop van dit ontwerp is het jaar behoorlijk problematisch. Telescoopspiegels moeten te koud worden gehouden om ergens in de buurt van de zon te kunnen wijzen, dus verwacht geen mooie JWST-afbeeldingen van Venus. Maar een volledige baan geeft de telescoop de kans om het grootste deel van het universum te bestrijken.

JWST, dat op kerstochtend 2021 werd gelanceerd, maakte eigenlijk anderhalf jaar om de aarde, maar de eerste zes maanden waren gewijd aan het inzetten van zijn enorme collectie vergulde Zeshoekige spiegels en een uitgestrekt zonnescherm om haar koel te houden en haar instrumenten af ​​te stellen.

Het licht dat deze spiegels verzamelen bevat informatie over meerdere lagen van het heelal, van de verste, zwakste, nauwelijks waarneembare sterrenstelsels tot gloeiende voorgrondstelsels en de stervormende wolken van stof en gas in onze eigen Melkweg. Het heeft gekeken naar onze directe omgeving, het zonnestelsel, en heeft posterwaardige afbeeldingen van Jupiter en Saturnus geretourneerd, boordevol wetenschappelijke gegevens.

Het vroege universum is waar JWST zijn meest interessante en soms verbijsterende onderzoeken uitvoerde. Het doel is om te begrijpen hoe het vroege universum is geëvolueerd, hoe sterrenstelsels zijn ontstaan ​​en hoe we zijn gekomen waar we nu zijn – op een planeet die rond een ster draait op een van de spiraalarmen van een groot sterrenstelsel.

“Ons huis is de Melkweg”, zegt Brant Robertson, theoretisch astrofysicus aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz. “Dit is een melkwegstelsel. Het is een prachtig sterrenstelsel. We kunnen foto’s van de binnenkant maken. Maar het roept de vraag op: hoe is het hier gekomen? Hoe is het ontstaan?”

Deze kosmische archeologie is de reden waarom JWST in de eerste plaats is gebouwd. Een merkwaardig kenmerk van het universum is dat licht eeuwig is. Het wordt zwakker, maar het is er nog steeds, inclusief ouder licht, dat grotendeels is verschoven naar het infrarode deel van het spectrum door de uitbreiding van de ruimte die sinds de oerknal heeft plaatsgevonden. Astrofysici kunnen JWST veel gebruiken voor onderzoek Sterrenstelsels met een hogere roodverschuiving gaan dieper het verleden in.

Robertson was co-auteur van een van de twee recente artikelen die beschrijven Het verst verwijderde sterrenstelsel dat tot nu toe is gedetecteerd en bevestigd door JWST, genaamd JADES-GS-Z13-0. Het werd gevonden bij een roodverschuiving van 13,2, wat overeenkomt met ongeveer 320 miljoen jaar na de oerknal. Hij zei dat er beweringen zijn dat er sterrenstelsels met een hogere roodverschuiving zouden kunnen bestaan, maar dat ze wachten op bevestiging.

Toen hem werd gevraagd hoe de melkweg eruit zag, zei hij: “Het is een veeg.”

Maar wat als je op de een of andere manier op een ruimteschip zou kunnen stappen en jezelf door verschillende wormgaten naar het verre verleden zou kunnen vervoeren en naast dat sterrenstelsel zou kunnen zweven. Hoe zal het er dan uitzien?

“Als je er vlak naast zou kunnen staan, zou het sterrenstelsel zelf erg blauw zijn voor je ogen, omdat het stervorming is”, zei Robertson. “Het zou heel helderblauw zijn in het vroege universum.”

Een mysterie over vroege sterrenstelsels

Onmiddellijk ontdekten astronomen die naar JWST-gegevens over het vroege universum keken iets dat de verwachtingen tartte: veel Vreemd heldere sterrenstelsels.

Helderheid is een benadering van massa. Daarom wordt meestal aangenomen dat zeer heldere sterrenstelsels zeer massief zijn. Maar sterrenstelsels hebben tijd nodig om te groeien. Theoretici hadden eerder een algemene tijdlijn opgesteld voor de evolutie van vroege sterrenstelsels, en de door JWST gedetecteerde lijken op het eerste gezicht opmerkelijk volwassen voor hun leeftijd.

De JWST kan wetenschappers vertellen dat de vorming van sterrenstelsels in het vroege universum op de een of andere manier efficiënter was dan voorheen bekend was.

“Er zijn wat aanpassingen die we moeten doen in onze theorieën over hoe die zeer vroege sterrenstelsels zijn ontstaan ​​en hun sterren zijn gegroeid,” zei hij. Cihan Kartaltepe, een astrofysicus aan het Rochester Institute of Technology.

“Niets dat we hebben gezien, doet me denken dat we de kosmologie hebben gebroken”, zei Rigby. “Wat het ons vertelt, is dat de sterrenstelsels eerder samenwerkten dan we ze toeschrijven.”

In tegenstelling tot wat zou worden verwacht voor degenen onder ons die geen astrofysicus zijn, zouden zwarte gaten een andere factor kunnen zijn in de helderheid van die vroege sterrenstelsels. Hoewel een zwart gat per definitie een structuur is met zo’n intens zwaartekrachtveld dat zelfs licht niet kan ontsnappen, kan het gebied rond het zwarte gat gloeien als oververhit gas en stof naar de waarnemingshorizon vallen.

Vorig jaar zag Rebecca Larson, destijds promovendus aan de Universiteit van Texas in Austin, iets vreemds. Terwijl ze gegevens aan het onderzoeken was van een melkwegstelsel ver, ver weg genaamd CEERS 1019. Ze had het vrijgegeven licht meer dan 13 miljard jaar geleden – toen het universum aan het rollen was en sterrenstelsels kleine, slecht gevormde klompjes hete, jonge, helderblauwe sterren waren.

Larson was verbaasd over het ongewoon heldere licht dat uit het hart van CEERS 1019 kwam. “Wat is dat in vredesnaam?” Ik dacht.

Wat je goed geraden hebt, is een superzwaar zwart gat. Het sterrenstelsel slaagde er ondanks zijn jonge leeftijd in een zwart gat te vormen, waarvan wetenschappers schatten dat het gelijk is aan een massa van 10 miljoen zonnen. Een rapport van Larson en haar collega’s beschrijft dit als het eerste superzware zwarte gat dat ooit is ontdekt.

Opwinding op de buitenste planeten

Wat het afgelopen jaar ook begint aan te tonen, is dat de JWST, in de woorden van astrofysicus Garth Illingworth, een “spectraal centrum” is. Er is aangetoond dat het verbazingwekkend is in het vastleggen van de lichtspectra die het verzamelt, die informatie bevatten over het object dat wordt waargenomen.

Dit vermogen leverde een van de eerste grote ontdekkingen van de telescoop op: koolstofdioxide in de atmosfeer van een gigantische planeet, WASP 39b, in een baan om een ​​verre ster. De planeet zelf is met de huidige technologie niet zichtbaar. Maar terwijl het voor of achter zijn moederster passeert, coderen veranderingen in sterlicht informatie over de atmosfeer van de planeet.

Tot de geschiedenis van de planeet had niemand een definitieve detectie van koolstofdioxide in de atmosfeer van een exoplaneet gedaan, zei Nicole Colon, een NASA-astrofysicus.

“De eerste keer dat we de spectrale signatuur van dat kenmerk zagen, was het prachtig”, zei ze. “Het raakte ons in het gezicht. Dat is een enorm signaal, wat geweldig was.”

Voor alle duidelijkheid: de wetenschappers die naar de spectra kijken, kijken naar grafische weergaven van de gegevens, niet naar werkelijke afbeeldingen. Larson, die het superzware zwarte gat vond, was zo verbaasd over de spectrale beelden van een helder centraal gebied in dat sterrenstelsel dat, zoals ze het uitdrukt: “Ik had er nooit aan gedacht om naar echte beelden van JWST te kijken.”

Dat is het moment waarop Kartaltepe haar het beeld van de melkweg liet zien dat door de telescoop was verkregen. Opmerkelijk genoeg heeft het sterrenstelsel drie lichtpuntjes, met één bijzonder lichtpuntje in het midden. Dit was het superzware zwarte gat van Larson.

“Ik begon net te huilen,” zei ze.