NASA heeft een spectaculaire afbeelding vrijgegeven om de James Webb-telescoop te vieren

Vandaag, 365 dagen nadat NASA de eerste reeks gegevens en afbeeldingen van de missie heeft vrijgegeven, is het duidelijk dat JWST harde wetenschappelijke en schoonheidsscènes met evenveel passie kan produceren. NASA markeert de eerste verjaardag van de wetenschappelijke lancering van JWST Release van een nieuwe film, wat het vermogen van de telescoop aantoont om het universum opnieuw te verbeelden. Het dramatische, enigszins hallucinerende beeld legt de activiteit vast van het Rho Ophiuchi-wolkencomplex, het stervormingsgebied dat zich het dichtst bij de aarde bevindt, waar planetaire systemen zoals het onze zich mogelijk in een vroeg stadium van vorming bevinden.

“De telescoop presteert beter dan we hadden verwacht”, zei NASA-astrofysicus Jane Rigby, die eerder deze maand JWST’s senior projectwetenschapper werd.

Rigby zei dat de wetenschappelijke gemeenschap een beetje conservatief was bij het plannen van de agenda voor het eerste jaar van waarnemingen, maar volgend jaar zal de wetenschap ten volle profiteren van wat de telescoop kan doen. “We worden brutaler in jaar twee.”

JWST’s reis rond de zon is niet zonder verkeersdrempels verlopen. Het eerste jaar van wetenschappelijke operaties omvatte een korte pauze in de gegevensverzameling om veiligheidsredenen en een hartverscheurende botsing met ruimtestof die projectmanagers dwong het observatorium vanaf nu min of meer achteruit te vliegen.

Maar wetenschappers die met de gedownloade gegevens van de telescoop werken, zijn enthousiast over de prestaties, die in het infrarode deel van het spectrum kijken en licht verzamelen dat zijn voorganger, de Hubble-ruimtetelescoop, niet kon.

De grote kop tot nu toe is dat JWST een aantal verrassend heldere sterrenstelsels in het vroege heelal heeft gezien. Het was een beetje verwarrend.

Maak een kosmische rondleiding door beelden die zijn vastgelegd met NASA’s Web Telescope

Nee, JWST weerlegt de Big Bang-theorie niet. Kosmologie gaat niet de weg van frenologie. Maar waarnemingen van zoveel licht uit de vroege stadia van de vorming van sterrenstelsels hebben geleid tot enig hoofdkrabben. Observatie en theorie zijn niet goed op elkaar afgestemd.

“Ik denk dat er een spanning is”, zei JWST-missieleider natuurkundige Massimo Stiavelli van het Space Telescope Science Institute in Baltimore. “Het valt niet te ontkennen, want de dingen zijn anders dan we dachten.”

Belangrijkste bevindingen van JWST

JWST werd eind jaren tachtig opgericht als opvolger van de nog niet gelanceerde Hubble, maar kreeg te maken met jaren van vertragingen en een bijna-dood-ontmoeting met budgettaire wetgevers. Het is een investering van 10 miljard dollar. Het is niet ontworpen met modulaire functies die vervangende onderdelen mogelijk maken als er iets misgaat.

En het is diep in de ruimte, in een gravitatiestabiele baan rond de zon genaamd L2, ongeveer een miljoen mijl van de aarde. NASA heeft momenteel geen shuttles om astronauten naar L2 en terug te vervoeren.

Dit alles versterkt het geluk onder wetenschappers dat de telescoop werkt zoals gepland.

Voor een telescoop van dit ontwerp is een jaar een groot probleem. De spiegels van de telescoop moeten erg koud zijn en kunnen niet in de buurt van de zon worden gericht, dus verwacht geen mooie JWST-afbeeldingen van Venus te zien. Maar een volledige baan geeft de telescoop de mogelijkheid om een ​​groot deel van het heelal te bestrijken.

JWST, die op kerstochtend in 2021 werd gelanceerd, maakte in feite anderhalve baan, maar de eerste zes maanden waren gewijd aan het gebruik van zijn enorme vergulde array. Zeshoekige spiegels en een breed zonnescherm om ze koel te houden, en om de instrumenten te verfijnen.

Het licht dat door die spiegels wordt verzameld, bevat informatie over vele lagen van het heelal, van verre, zwakke, nauwelijks waarneembare sterrenstelsels tot de meest actieve sterrenstelsels op de voorgrond en de stervormende wolken van stof en gas in onze eigen Melkweg. En het kijkt naar onze directe omgeving, het zonnestelsel, en stuurt posterwaardige beelden terug van Jupiter en Saturnus boordevol wetenschappelijke gegevens.

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

“Ons huis is de Melkweg”, zei theoretisch astrofysicus Brandt Robertson van de Universiteit van Californië, Santa Cruz. ‘Het is een melkwegstelsel. Het is een prachtig sterrenbeeld. We kunnen van binnenuit foto’s maken. Maar dat roept de vraag op: hoe is het hier gekomen? Hoe is het tot stand gekomen?”

Het is deze kosmische archeologie waarop JWST in de eerste plaats is gebouwd. Een vreemde eigenschap van het universum is dat licht eeuwig is. Het vervaagt, maar het is er nog steeds, inclusief het oudste licht, zwaar verschoven naar het infrarode deel van het spectrum door de uitbreiding van de ruimte die plaatsvond na de oerknal. Astrofysici kunnen veel meer scannen met JWST Sterrenstelsels met een hoge roodverschuiving graven nog dieper in het verleden.

Robertson was co-auteur van een van de twee recente artikelen die het beschrijven Het verste sterrenstelsel dat ooit door JWST is gedetecteerd en bevestigd, heet JADES-GS-Z13-0. Het werd ontdekt bij roodverschuiving 13.2, wat overeenkomt met ongeveer 320 miljoen jaar na de oerknal. Er zijn claims van mogelijke sterrenstelsels met hogere roodverschuivingen, maar ze wachten op bevestiging, zei hij.

Gevraagd hoe de melkweg eruit zag, zei hij: “Het is een klodder.”

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

“Als je er vlak naast kunt staan, zal het sterrenstelsel erg blauw zijn voor je ogen omdat het sterren maakt”, zei Robertson. “Het zou heel blauw helder zijn in het vroege universum.”

Een raadsel over de vroegste tijden

Nu hebben astronomen die naar JWST-gegevens van het vroege universum kijken, iets gevonden dat de verwachtingen tart: veel Verschillende heldere sterrenstelsels.

Lichtsterkte is een benadering voor massa. De helderste sterrenstelsels worden daarom over het algemeen als de meest massieve beschouwd. Maar sterrenstelsels hebben tijd nodig om te groeien. Theoretici hebben eerder een algemene tijdlijn ontwikkeld voor de evolutie van vroege sterrenstelsels, en de door JWST gedetecteerde sterrenstelsels lijken op het eerste gezicht opmerkelijk volwassen voor hun leeftijd.

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

“We moeten enkele aanpassingen maken aan onze theorieën over hoe die vroege sterrenstelsels hun sterren vormden en groeiden”, zei hij. Jayhan Kurtaldeb, een astrofysicus aan het Rochester Institute of Technology.

“Niets dat we hebben gezien doet ons denken dat we de kosmologie hebben gekraakt,” zei Rigby. “Wat dat ons vertelt, is dat de sterrenstelsels eerder zijn samengevoegd dan dat we ze de eer gaven voor hun acties.”

Voor degenen onder ons die geen astrofysicus zijn, kunnen zwarte gaten een andere factor zijn in de helderheid van die vroege sterrenstelsels. Hoewel een zwart gat per definitie een systeem is met een zwaartekrachtveld dat zo intens is dat zelfs licht niet kan ontsnappen, gloeit het gebied rond het zwarte gat terwijl gas en stof opwarmen en naar de waarnemingshorizon vallen.

Vorig jaar merkte Rebecca Larson, toen een promovendus aan de Universiteit van Texas in Austin, iets vreemds op. Toen hij gegevens onderzocht van het verste sterrenstelsel genaamd CEERS 1019. Licht – 13 miljard jaar geleden – toen het universum aan het rollen was, en sterrenstelsels kleine, onhandig gevormde kokkels waren van hete, jonge, helderblauwe sterren.

Larson was verbaasd over het ongewoon heldere licht dat uit het centrum van CEERS 1019 kwam. “wat een wreedheid?” zij dacht.

Ze raadde het – correct – als een superzwaar zwart gat. Het sterrenstelsel, hoewel jong, is er al in geslaagd een zwart gat te laten groeien waarvan wetenschappers schatten dat het een massa heeft die gelijk is aan 10 miljoen zonnen. Het rapport van Larsen en zijn collega’s beschrijft het als het eerste actieve superzware zwarte gat dat ooit is gedetecteerd.

Enthousiast over exoplaneten

Vorig jaar begon het aan te tonen dat JWST een “spectroscopische krachtpatser” is, in de woorden van astrofysicus Garth Illingworth. Het heeft bewezen verbazingwekkend te zijn in het uitkiezen van de lichtspectra die het verzamelt, die informatie bevatten over het object dat wordt waargenomen.

Dat 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 JWST had niemand betrouwbaar koolstofdioxide gedetecteerd in de atmosfeer van een exoplaneet, zei NASA-astrofysicus Nicole Colon.

“We zagen voor het eerst de spectrale signatuur van dat kenmerk en het was prachtig”, zei hij. “Het raakte ons in het gezicht. En hier is dit geweldige signaal, het was geweldig.

Voor alle duidelijkheid: wetenschappers die naar spectra kijken, kijken naar grafische presentaties van de gegevens, niet naar echte afbeeldingen. Larson, die het superzware zwarte gat ontdekte, was zo ontroerd door de spectrale signatuur van een centraal helder gebied in dat sterrenstelsel dat, zoals hij het uitdrukte: “Ik had nooit gedacht dat ik echte beelden van JWST zou zien.”

Op dat moment liet Kurtaldeb haar het beeld van het sterrenbeeld door de telescoop zien. Verbazingwekkend genoeg had het sterrenstelsel drie lichtpuntjes, met een bijzonder lichtpuntje in het midden. Dat is het grootste zwarte gat van Larson.

“Ik begon te huilen,” zei ze.