Så snart præsident Biden afslørede det første billede fra James Webb Space Telescope (JWST) den 11. juli, Massimo Pascale og hans hold kom i gang.
Koordinerende over Slack, Pascale, en astrofysiker ved University of California, Berkeley, og 14 samarbejdspartnere delte opgaver op. Billedet viste tusindvis af galakser i en nålestikstørrelse del af himlen, nogle forstørret, da deres lys bøjede sig omkring en central galaksehob. Holdet gik i gang med at granske billedet i håb om at udgive den allerførste JWST-videnskabsartikel. "Vi arbejdede nonstop," sagde Pascale. "Det var som et flugtværelse."
Tre dage senere, kun få minutter før den daglige deadline på arxiv.org, serveren hvor videnskabsmænd kan uploade tidlige versioner af papirer, indsendt deres forskning. De gik glip af at være først med 13 sekunder, "hvilket var ret sjovt," sagde Pascale.
sejrere, Guillaume Mahler ved Durham University i Det Forenede Kongerige og kolleger analyserede det samme første JWST-billede. "Der var bare en ren og skær fornøjelse at kunne tage disse fantastiske data og offentliggøre dem," sagde Mahler. "Hvis vi kan gøre det hurtigt, hvorfor skulle vi så vente?"
Den "sunde konkurrence", som Mahler kalder det, fremhæver den enorme mængde videnskab, der allerede kommer fra JWST, få dage efter, at videnskabsmænd begyndte at modtage data fra det længe ventede, infrarøde-sensing mega-teleskop.
Tidens morgengry
En af JWSTs meget omtalte evner er evnen til at se tilbage i tiden til det tidlige univers og se nogle af de første galakser og stjerner. Allerede har teleskopet - som blev opsendt juledag 2021 og nu sidder 1.5 millioner kilometer fra Jorden - opdaget den fjerneste, tidligste galakse, man kender.
To hold fandt galaksen, da de separat analyserede JWST-observationer til GLASS-undersøgelsen, en af mere end 200 naturvidenskabelige programmer planlagt til teleskopets første år i rummet. Begge hold, en led by Rohan Naidu ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Massachusetts og den anden by Marco Castellano ved det astronomiske observatorium i Rom identificerede to særligt fjerntliggende galakser i dataene: en så langt væk, at JWST detekterer det lys, den udsendte 400 millioner år efter Big Bang (et forhold til den ældste galakse nogensinde set af Hubble-rumteleskopet), og den anden, døbt GLASS-z13, set som den så ud 300 millioner år efter Big Bang. "Det ville være den fjerneste galakse, der nogensinde er fundet," sagde Castellano.
Begge galakser ser ekstremt små ud, måske 100 gange mindre end Mælkevejen, men alligevel viser de overraskende hastigheder af stjernedannelse og indeholder allerede 1 milliard gange vores sols masse - mere end forventet for galakser så unge. En af de unge galakser viser endda tegn på en skivelignende struktur. Flere undersøgelser vil blive udført for at bryde deres lys fra hinanden for at indsamle deres egenskaber.
Et andet tidligt univers-program har også vist "utroligt fjerne galakser," sagde Rebecca Larsen, en astronom ved University of Texas, Austin og medlem af undersøgelsen Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Blot få uger inde i undersøgelsen har holdet samlet en håndfuld galakser fra universets første 500 millioner år, selvom Larson og hendes kolleger endnu ikke har frigivet deres nøjagtige resultater. "Det er bedre, end jeg havde forestillet mig, og det er kun begyndelsen," sagde hun.
Flere tidlige galakser gemmer sig i billedet af galaksehoben præsenteret af præsident Biden og studeret af Pascale og Mahler. Hedder SMACS 0723, er klyngen så tung, at den bøjer lyset fra fjernere objekter, så de kan ses. Pascale og Mahler fandt op til 16 fjerntliggende galakser, der er blevet forstørret på billedet; deres nøjagtige alder kendes endnu ikke.
Teleskopet tog et nærmere kig på en fjern galakse på billedet, en lysklat, der dateres til 700 millioner år efter Big Bang. Med sin spektrograf opdagede JWST tunge grundstoffer, især ilt, i galaksen. Nu håber forskerne, at teleskopet vil finde et fravær af tunge grundstoffer i endnu tidligere galakser - bevis på, at disse galakser kun indeholder Population III stjerner, de antydede første stjerner i universet, menes at have været monstrøst enorme og udelukkende lavet af brint og helium. (Først da disse stjerner eksploderede, smedede de tungere elementer såsom ilt og spyede dem ud i kosmos.)
"Vi leder efter galakser, hvor vi ikke ser nogen tunge grundstoffer," sagde Andy Bunker, en astrofysiker ved University of Oxford. "Det kan være en rygende pistol til den første generation af stjerner dannet af brint og helium. Teoretisk burde de eksistere. Det afhænger af, om de er lyse nok."
Galaktisk struktur
For forskere, der søger at forstå strukturen af galakser, og hvordan stjerner dannes i dem, har JWST allerede leveret effektfulde data.
Ét observationsprogram, ledet af Janice Lee på National Science Foundations NOIRLab i Arizona, leder efter unge steder for stjernedannelse i galakser. På vegne af Lees hold observerede JWST en galakse 24 millioner lysår væk kaldet NGC 7496, hvis unge stjernedannende områder indtil nu har været indhyllet i mørke; Hubbles instrumenter var ude af stand til at trænge igennem det tykke støv og gas, der omgiver disse områder. JWST kan dog se infrarødt lys, der preller af støvet, hvilket gør det muligt for teleskopet at sondere tæt på de øjeblikke, hvor stjernerne tændte og kernefusion antændte i deres kerner. "Støvet lyser faktisk op," sagde Lee.
Det mest bemærkelsesværdige, sagde hun, er, at NGC 7496 er en normal galakse, "ikke en plakat-barn galakse." Alligevel kommer den pludselig til live under JWST's vågne øje og afslører kanaler, hvor stjerner dannes. "Det er bare fænomenalt," sagde hun.
John Barentine, en astronom hos mørkehimmelbevaringsfirmaet Dark Sky Consulting i Arizona, gjorde i mellemtiden en mere serendipital opdagelse på et af JWSTs første billeder. Teleskopets billede af den sydlige ringtåge, 2,500 lysår fra Jorden, viste bemærkelsesværdig klarhed. Ude til siden dukkede en spændende galakse på kanten (et unikt udsigtspunkt til at studere galaksens centrale bule), der tidligere var fejlidentificeret som en del af selve tågen, ind i synet.
"Vi har denne udsøgt følsomme maskine, der serendeligt vil afsløre ting, vi ikke engang vidste, vi ledte efter," sagde Barentine. "På næsten alle billeder, Webb tager, er det værd at kigge rundt i baggrunden."
Et øje på stjerner og planeter
Mindre mål er også i JWSTs trådkors, inklusive planeterne i vores eget solsystem. Jupiter dukkede op på storslået vis som en del af den første serie billeder, taget i en eksponering, der varer kun 75 sekunder.
Astronomer ved, at Jupiters øvre atmosfære er hundredvis af grader varmere end den nedre atmosfære, men de er ikke sikre på hvorfor. Ved at detektere infrarødt lys kunne JWST se den opvarmede øvre atmosfære skinne; det fremstår som en rød ring rundt om planeten. "Vi har dette lag et par hundrede kilometer over skydækket, og det lyser, fordi det er varmt," sagde Henrik Melin, en planetforsker ved University of Leicester. »Vi har aldrig set det sådan her før på globalt plan. Det er en ekstraordinær ting at se."
Melins program planlægger at bruge JWST i de kommende uger til at studere drivkraften bag denne atmosfæriske opvarmning.
Gemmer sig i JWSTs billede af Jupiter er den vulkanske måne Io, der interagerer med Jupiters nordlys - skaber et lille bump i nordlyset lavt på planetens himmel. Billedet afslører "materiale, der kommer fra Io, der strømmer ned langs magnetfeltlinjerne," sagde Melin. Effekten er set før, men det blev let plukket ud af JWST med knap et blik på planeten.
JWST undersøger også planeter i andre stjernesystemer. Teleskopet har allerede taget et kig på det berømte TRAPPIST-1-system, en rød dværgstjerne med syv verdener på størrelse med jorden (nogle potentielt beboelige), selvom dataene stadig analyseres. Tidlige observationer er blevet frigivet af en mindre gæstfri planet, en "varm Jupiter" kaldet WASP-96 b, i en stram 3.4-dages kredsløb omkring sin stjerne.
JWST fandt vanddamp i planetens atmosfære, hvilket bekræfter tegn på vand rapporteret dage tidligere by Chima McGruder fra Harvard-Smithsonian Center og kolleger, der brugte et jordbaseret teleskop. Men JWST kan gå længere; ved at observere WASP-96 b's forhold mellem kulstof og oxygen, kan den muligvis løse et forvirrende mysterium om varme Jupitere: hvordan de opnår så tætte kredsløb omkring deres stjerner. Mere ilt tyder på, at gasgiganten oprindeligt dannede sig langt fra stjernen, hvor vand kunne kondensere, mens et højere kulstofforhold tyder på, at den altid har været tæt på.
I mellemtiden kan JWST have set et midlertidigt lys på himlen - en kortvarig begivenhed kendt som en forbigående - som den ikke oprindeligt var designet til at gøre. Astronomen Mike Engesser og kolleger ved Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland (operationscenteret for JWST), bemærkede et lyst objekt, der ikke var synligt på Hubble-billeder af samme region. De tror, det er en supernova eller eksploderende stjerne, omkring 3 milliarder lysår væk - et bevis på, at teleskopet kan finde disse begivenheder.
JWST burde også være i stand til at finde langt fjernere supernovaer, hvilket vil give det en anden måde at tjene som en sonde af det tidlige univers. Det kan også finde stjerner, der bliver revet fra hinanden af de supermassive sorte huller, der findes i galaksernes centre, noget som intet tidligere teleskop har set. "For første gang vil vi være i stand til at kigge ind i disse meget dybe, mørke områder," sagde Ori Fox, en astronom ved Space Telescope Science Institute, der leder holdet, der studerer transienter.
Transienter, ligesom andre astronomiske fænomener, er indstillet til at blive omdefineret. Efter årtiers planlægning og konstruktion har JWST ramt himlen. Problemet er nu at holde trit med den konstante spærreild af videnskab, der kommer ned fra en maskine, der er så kompleks, men fejlfri, at den næsten trodser troen på, at den blev bygget af menneskelige hjerner. "Det virker, og det er sindssygt," sagde Larson.
