Benieuwd naar de zes stralen uit een JWST-testafbeelding? Dit is waarom dit gebeurt

In de Ruimtetelescoop Wetenschapsinstituut (STSI) In Baltimore, Maryland, zijn NASA-ingenieurs bezig met het uitlijnen van de spiegels en instrumenten op James Webb Ruimtetelescoop (JWST). Ondertussen heeft het expeditieteam ons nog een glimp laten zien van wat het beschouwt als dit observatorium – de opvolger van het eerbiedwaardige observatorium Hubble Ruimtetelescoop – U zult zien wanneer het volledig is ingeschakeld. De laatste grap is een “Telescope Alignment Assessment Image” van een verre ster die verschijnt rood en stekelig!

Deze mijlpaal markeert de voltooiing van de vijfde voorbereidingsfase, bekend als de “micro-stages”, waarin missiecontrollers elk onderdeel van Webb’s primaire spiegelsecties aanpasten om een ​​uniform beeld te produceren met alleen de nabij-infraroodcamera (NIRCam). Deze afbeelding was gericht op een heldere ster in het midden van de JWST-uitlijning. Deze ster staat bekend als 2 Diamanten J17554042 + 6551277 Het bevindt zich op ongeveer 2000 lichtjaar van de aarde.

De gevoeligheid van de Webb- en NIRCam-optiek (en een rood filter dat visuele contrasten verbetert) betekende dat ook achtergrondsterrenstelsels en sterren zichtbaar waren. Maar terwijl de sterren en melkwegstelsels op de achtergrond miljarden jaren verwijderd zijn (en enigszins vervormd), verschijnt de voorgrondster steeds meer. Dit staat bekend als Diffractiepieken (of “spin”), die verwijst naar artefacten die zijn gemaakt door de secundaire spiegel of opening van een telescoop.

volgens Dr. Christopher S. VogelUniversitair Docent Natuurkunde bij West Texas A&M University:

Sommige telescopen hebben een grote primaire spiegel die de invallende lichtbundel focusseert op een secundaire spiegel of sensor die boven de primaire spiegel is gemonteerd. De secundaire spiegel leidt het licht van de telescoop af zodat het verder kan worden gezien of verwerkt. Of, als alternatief, een sensor gemonteerd boven de primaire spiegel transformeert het beeld in een elektrisch signaal dat is aangesloten op een computer.”

De sleutel tot diffractiehoogten, schrijft Bird, is dat de secundaire spiegel (of sensor) boven de primaire spiegel op zijn plaats wordt gehouden door steunstaven (ook bekend als stutten of rotors), die het binnenkomende licht blokkeren. Als sterlicht de telescoop binnenkomt en richting de hoofdspiegel gaat, omzeilt een deel ervan de steunstaven en buigt het lichtjes af. Deze diffractie verschuift uiteindelijk het licht naar het uiteindelijke beeld en vormt een “spin” die overeenkomt met de positie van de steunstaven (niet het originele beeld).

“Voor sterren en andere heldere lichtbronnen neemt dit verschuivende lichtpatroon de vorm aan van radiale pieken”, voegt Bird toe. “Als de steunstaven voor de secundaire spiegel van een telescoop in een mooi, symmetrisch kruispatroon zijn gebouwd, nemen de diffractiehoogten in het sterbeeld hetzelfde kruispatroon aan.”

Een blik op de JWST secundaire spiegel laat zien dat deze niet overeenkomt met een gekruiste of zeszijdige “spin”-diffractie. Er kan echter ook diffractie optreden door de diafragmarand van de telescoop, waar ook inkomend licht doorheen moet. Omdat de openingen van de lenzen in de meeste telescopen en camera’s cirkelvormig zijn, creëren ze meestal diffractieringen in plaats van over het algemeen zeer zwakke pieken – bekend als een “antennepatroon”.

Zoals Baird uitlegde, kunnen diffractiepieken ook optreden als gevolg van hexagonale spleten, wat consistent is met James Webb spiegel plakjes:

“Als het diafragma niet cirkelvormig is, maar een andere vorm heeft, kunnen zowel ringen als pieken alleen uit het diafragma ontstaan. Deze veelhoekige diafragma’s veroorzaken ook diffractiepieken. De diffractiehoogten die te zien zijn in beelden die zijn vastgelegd met lensgebaseerde camera’s, worden dus niet veroorzaakt door staven De steun maar door de niet-cirkelvormige opening. Telescopen daarentegen hebben meestal cirkelvormige openingen en creëren dus beelden met diffractiepieken veroorzaakt door de steunstaven.”

Dit is gebruikelijk in gesegmenteerde primaire spiegels, die gebruikelijk zijn in terrestrische observatoria. Voorbeelden zijn onder meer: Kik telescopenDe Gran Telescopio, Canarische Eilanden (AV), en Hobby Eberle telescoop (HET), en grote Zuid-Afrikaanse telescoop (ZOUT) en Grote Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopische Telescoop (Lamost) in China. Met zijn 6,5 m (21 ft 4 in) primaire spiegel (bestaande uit 18 beryllium spiegelzeshoeken), is Webb de eerste ruimtetelescoop die een dergelijk ontwerp gebruikt.

Hoewel er maanden daarvoor zijn web Dit beeld, dat wetenschappelijke processen in gang zet en een nieuwe kijk op het universum biedt, is een belangrijke mijlpaal. Geeft aan dat fase 5 is voltooid en dat het primaire beeldvormingsapparaat en het optische systeem van Webb werken zoals verwacht. Zoals Webb’s adjunct-directeur van de optische telescoop, Ritva Keski Koha, opmerkte in een recente NASA persberichtHet versterkte het vertrouwen van het missieteam in de telescoop.

“We hebben de telescoop uitgelijnd en volledig op een ster gefocust, en de prestatie was boven de specificaties”, zei ze. “We zijn enthousiast over wat dit betekent voor de wetenschap. We weten nu dat we de juiste telescoop hebben gebouwd.” De komende zes weken gaat het team verder met de resterende afstemmingsstappen voordat de laatste voorbereidingen worden getroffen voor het wetenschappelijke instrument.

Het team bevindt zich momenteel in de zesde voorbereidingsfase, waar ze metingen zullen doen op meerdere veldpunten en de uitlijning zullen uitbreiden naar de rest van de instrumenten – nabij infrarood spectrometer (NIRS-specificatie), midden infrarood instrument (Maria) en Dicht bij infraroodcamera en spleetloze spectrograaf (Nerys). Op dit punt evalueert het algoritme de prestaties van elk instrument en berekent vervolgens de uiteindelijke correcties die nodig zijn om een ​​goed gecoördineerde telescoop voor alle wetenschappelijke instrumenten te bereiken.

Daarna begint de laatste uitlijningsstap van Webb en zal het team eventuele kleine fouten in de spiegelsegmenten aanpassen. zei Thomas Zurbuchen, associate director van NASA’s wetenschappelijke missiedirectoraat (SMD) in Washington, DC:

“Meer dan 20 jaar geleden begon het Webb-team met het bouwen van de krachtigste telescoop die iemand ooit in de ruimte heeft geplaatst en creëerde een gedurfd optisch ontwerp om veeleisende wetenschappelijke doelen te bereiken. Vandaag kunnen we zeggen dat het ontwerp zal slagen.”

Het team ligt op schema om alle aspecten te voltooien optisch telescoopelement (OTE) tegen begin mei alvorens over te gaan tot de laatste twee maanden van voorbereiding van wetenschappelijke instrumenten (fase 7). De voorbereidingen zullen naar verwachting deze zomer zijn afgerond, wanneer de eerste webafbeeldingen en wetenschappelijke gegevens in volledige resolutie worden vrijgegeven. Dus maak je klaar voor meer geweldige foto’s zoals deze!

Over foto’s gesproken, check out #JWSTArt-presentatiesEnige voordelen? Op JWST geïnspireerde kunst.

Diepgaande lezing: NASAEn de West Texas A&M University