Ήταν μια ενεργή τελευταία μέρα στο Πρώτα Επιστημονικά Αποτελέσματα από το JWST συνέδριο στο Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη των Η.Π.Α., όπου η συζήτηση στράφηκε σε μερικές απίστευτες παρατηρήσεις κβάζαρ πάνω από την ερυθρή μετατόπιση 6, δείχνοντάς τα όπως υπήρχαν πριν από περισσότερα από 12.7 δισεκατομμύρια χρόνια.
Ως συμπαγείς πυρήνες γαλαξιών με εξαιρετικά ενεργές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, γνωρίζουμε ότι τα κβάζαρ μπορούν να λάμπουν πολλές φορές πιο φωτεινά από τον γαλαξία-ξενιστή τους. Στην παρουσίασή του, Τζον Σίλβερμαν του Πανεπιστημίου του Τόκιο περιέγραψε πώς τα δεδομένα από το JWST's CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science) Η έρευνα παρακολουθεί μια ντουζίνα κβάζαρ υψηλής μετατόπισης ερυθρού που αρχικά εντοπίστηκαν από το Τηλεσκόπιο Subaru στο Mauna Kea.
Καθ' όλη τη διάρκεια του συνεδρίου, οι αστρονόμοι αστειεύονταν ότι η υψηλή μετατόπιση προς το κόκκινο δεν σημαίνει πλέον αυτό που σήμαινε παλιά. Πριν εμφανιστεί το JWST, η υψηλή μετατόπιση προς το ερυθρό για το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble σήμαινε την επίλυση των γαλαξιών ξενιστών των κβάζαρ σε περίπου ερυθρή μετατόπιση 2, ή περίπου 10 δισεκατομμύρια χρόνια στο παρελθόν. Τώρα, το JWST επιλύει τις δομές των γαλαξιών-ξενιστών γύρω από τα κβάζαρ στην ερυθρή μετατόπιση 6 (σχεδόν 12.7 δισεκατομμύρια χρόνια πριν).
Πολλά συνέβησαν στο Σύμπαν μεταξύ των μετατοπίσεων ερυθρού 2 και 6, και οι αστρονόμοι θέλουν να δουν εάν η αναλογία της μάζας μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο ενός γαλαξία σε σχέση με τη μάζα του γαλαξία-ξενιστή του (ή πιο συγκεκριμένα την αστρική μάζα του το εξόγκωμα του γαλαξία) εξακολουθεί να διατηρείται στις υψηλότερες μετατοπίσεις στο κόκκινο. Η απάντηση θα μας πει για τις συνθήκες κάτω από τις οποίες σχηματίστηκαν οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες και οι γαλαξίες και πώς επηρέασαν ο ένας την ανάπτυξη του άλλου.
Η αναλογία μάζας μεταξύ μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας και της διόγκωσης ενός γαλαξία γύρω της είναι 1:200, με αυτή την τιμή πιστεύεται ότι συνδέεται με την ανάδραση από τη μαύρη τρύπα με τη μορφή εκροών ακτινοβολίας που εκτοξεύεται καθώς συσσωρεύει ύλη. Η σχέση ποσοτικοποιήθηκε για πρώτη φορά με παρατηρήσεις με το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble τη δεκαετία του 1990, με τον Silverman να την αποκαλεί «θεμελιώδη».
Αποδεικνύεται ότι οι γαλαξίες υψηλής μετατόπισης προς το κόκκινο πράγματι μένουν επίσης σε αυτή τη σχέση. Ο Silverman είπε ότι οι αστρονόμοι έχουν στοχεύσει το redshift 6, επειδή σε αυτή τη μετατόπιση προς το κόκκινο, οι προσομοιώσεις των γαλαξιών τείνουν να διαφέρουν περισσότερο. Αυτό που πραγματικά χρειάζονται οι αστρονόμοι είναι κάποια σκληρά και γρήγορα δεδομένα για εισαγωγή στις προσομοιώσεις και η JWST με χαρά το υποχρεώνει.
Ο τυπικός γαλαξίας που φιλοξενεί ένα κβάζαρ σε αυτήν την ερυθρή μετατόπιση είναι μόλις 8% τόσο φωτεινός όσο το κβάζαρ. Ωστόσο, είναι στην πραγματικότητα δυνατό να αφαιρέσουμε τη λάμψη ενός κβάζαρ από την εικόνα – καθώς το ίδιο το κβάζαρ εμφανίζεται σαν σημείο, εκδηλώνεται ως αιχμές περίθλασης που μπορούν να αφαιρεθούν με μια συνάρτηση διασποράς σημείου.
Το JWST βρίσκει τους γαλαξίες αρκετά συμπαγείς και σε σχήμα δίσκου, με εκπληκτικά καλά καθορισμένους σπειροειδείς βραχίονες και κεντρικές ράβδους μόλις ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Στην ομιλία της, Μαντλίν Μάρσαλ, του NRC Herzberg στη Βικτώρια του Καναδά, συζήτησαν τα πρώτα αποτελέσματα κβάζαρ υψηλής μετατόπισης από το JWST Φασματόμετρο εγγύς υπέρυθρο (NIRSpec), βρίσκοντας ότι οι μαύρες τρύπες τους ζυγίζουν δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες, και η μάζα των γαλαξιών ξενιστών τους να είναι στην περιοχή των εκατοντάδων δισεκατομμυρίων, επομένως φαίνεται να διατηρεί την αναλογία μάζας που παρατηρείται σε χαμηλότερη μετατόπιση προς το κόκκινο.
Το πώς ακριβώς οι μαύρες τρύπες έγιναν τόσο μεγάλες τόσο νωρίς στο Σύμπαν είναι ακόμα υπό συζήτηση, αλλά ελπίζουμε ότι το JWST θα αρχίσει να παρέχει κάποιες απαντήσεις. Ακριβώς για να δώσουμε μια ένδειξη της ισχύος του τηλεσκοπίου, η ανάλυση του JWST είναι τόσο καλή που μερικές από τις εικόνες κβάζαρ δείχνουν συντρόφους γαλαξίες να συγχωνεύονται ή να αλληλεπιδρούν με τον κύριο γαλαξία, με παλιρροϊκές ουρές και εκρήξεις σχηματισμού άστρων με ρυθμό 30–50 ηλιακών μαζών ανά έτος.
Εξωπλανήτες και πρωτοπλανητικοί δίσκοι
Νωρίτερα την ίδια μέρα, εξωπλανήτες και πρωτοπλανητικοί δίσκοι βρέθηκαν στο επίκεντρο. Ολιβιέ Μπερνέ του Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie στην Τουλούζη αποκάλυψε μια λύση για το πώς μπορούν να σχηματιστούν πλανήτες στα πλούσια σε υπεριώδη ακτινοβολία περιβάλλοντα μεγάλων αστρικών σμηνών.
Αυτά τα αστρικά σμήνη παράγουν το μερίδιο τους από καυτά, νεαρά, τεράστια αστέρια που εκπέμπουν πολλή υπεριώδη ακτινοβολία που θα έπρεπε, κατ' αρχήν, να διαβρώσει τους πρωτοπλανητικούς δίσκους γύρω από γειτονικά αστέρια μικρότερης μάζας. Ο Berné ανέφερε πώς JWST αστρονόμοι, συνεργαζόμενοι με συναδέλφους από η συστοιχία Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, παρατήρησαν τη χημεία αυτών των ευάλωτων δίσκων και ανακάλυψαν ένα ζεστό περίβλημα μοριακού αερίου που τους περιβάλλει.
Οι φάκελοι είναι πλούσιοι σε πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες, οι οποίοι έχουν μια ισχυρή φασματική υπογραφή υπερύθρων που ξεχωρίζει στο JWST. Έχουν επίσης υψηλή αδιαφάνεια στην υπεριώδη ακτινοβολία, επομένως είναι σε θέση να μπλοκάρουν πολλές από τις επιβλαβείς υπεριώδεις ακτίνες έξω από έναν δίσκο, προστατεύοντας τα πρώτα στάδια του σχηματισμού πλανητών.
Μέσα σε δίσκο που σχηματίζει πλανήτη
Ένας πρωτοπλανητικός δίσκος όπου ο σχηματισμός πλανητών έχει προχωρήσει αρκετά είναι ο PDS 70. Έγινε είδηση το 2018 και το 2021 όταν αστρονόμοι που χρησιμοποιούσαν το ALMA μπόρεσαν να απεικονίσουν δαχτυλίδια στο δίσκο του PDS 70 που φαίνεται να είχαν σκαλιστεί από δύο νεαρούς πλανήτες.
Τζούλια Περότι του Ινστιτούτου Αστρονομίας Max Planck στη Χαϊδελβέργη αποκάλυψε πώς το JWST μπορεί τώρα να μετρήσει τη χημεία στην εσωτερική περιοχή του πρωτοπλανητικού δίσκου του PDS 70. Φαίνεται να είναι εμπλουτισμένο με μικρούς κόκκους σκόνης που έχουν υποστεί θερμική επεξεργασία, πιθανώς από εκρήξεις από το νεαρό αστέρι. Ο εσωτερικός δίσκος, εν τω μεταξύ, είναι παραμορφωμένος, πιθανώς από την επιρροή ενός άλλου, αόρατου πλανήτη. Χημικά, νερό και οξυγόνο έχουν επίσης ανιχνευθεί στον δίσκο. Το PDS 70 συνεχίζει να είναι το καλύτερα μελετημένο παράδειγμα πλανητών που σχηματίζονται μέσα σε έναν δίσκο αερίου και σκόνης.
Ατμόσφαιρες WASP
Εν τω μεταξύ, Κέβιν Στίβενσον του Johns Hopkins Applied Physics Laboratory ενημέρωσε τους αντιπροσώπους για τις παρατηρήσεις του JWST για τις ατμόσφαιρες παλαιότερων εξωπλανητών. Αρχικά, εξιστόρησε τις παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου του WASP-39b – ενός «καυτού Δία» 700 έτη φωτός μακριά.
Αυτές οι παρατηρήσεις έγιναν καθώς το WASP-39b διέσχιζε το αστέρι του, με μέρος του φωτός του αστεριού να απορροφάται από άτομα και μόρια στην ατμόσφαιρα του πλανήτη καθώς περνούσε από μέσα. Χρησιμοποιώντας αυτή τη «φασματοσκοπία μετάδοσης», το JWST ανίχνευσε μονοξείδιο του άνθρακα, κάλιο, νάτριο και νερό στην ατμόσφαιρα του WASP-39b, καθώς και διοξείδιο του θείου, το οποίο είναι προϊόν φωτοχημείας.
Είναι η πρώτη φορά που ανιχνεύονται φωτοχημικές διεργασίες, κατά τις οποίες η ακτινοβολία από το αστέρι αλλάζει μόρια, σε οποιονδήποτε εξωπλανήτη. Η απουσία ισχυρής γραμμής μεθανίου στα 3.3 μικρά είναι επίσης απόδειξη ότι η φωτοχημεία μετατρέπει το μεθάνιο σε άλλα μοριακά είδη.
Ο Στίβενσον συνέχισε στη συνέχεια στην προεπισκόπηση των αποτελεσμάτων από έναν άλλο καυτό Δία - τον πλανήτη WASP-43b, ο οποίος βρίσκεται 284 έτη φωτός μακριά. Όταν ο προκάτοχος του JWST, το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer, παρατήρησε το WASP-43b δεν μπορούσε να ανιχνεύσει καμία θερμική εκπομπή από τη νυχτερινή πλευρά του πλανήτη, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να είναι κρύο, πέρα από τα όρια του Spitzer για ανίχνευση.
Ο Στίβενσον αποκάλυψε ότι το JWST είχε τώρα ανιχνεύσει αυτήν την αμυδρή θερμική εκπομπή και –αν και δεν μπορούσε να δώσει λεπτομέρειες– περιέγραψε πώς η μέτρηση και η μέτρηση της θερμοκρασίας της νυχτερινής πλευράς θα επέτρεπε στους επιστήμονες να περιορίσουν καλύτερα τις ιδιότητες του παλιρροιακά κλειδωμένου- ατμόσφαιρα του πλανήτη.
Δελεαστικός TRAPPIST-1
Ακούσαμε επίσης νέα ευρήματα από το πλανητικό σύστημα TRAPPIST-1, το οποίο αποτελείται από επτά πλανήτες σε τροχιά γύρω από έναν κόκκινο νάνο αστέρα που απέχει 40 έτη φωτός. Ο Björn Benneke του Πανεπιστημίου του Μόντρεαλ αποκάλυψε ότι το JWST είχε πραγματοποιήσει αναγνώριση της ατμόσφαιρας ορισμένων από τους κόσμους του TRAPPIST-1.
Αν και δεν ήταν σε θέση να πει τίποτα ακόμα για το τι είχε θετικά ανιχνεύσει το JWST στην ατμόσφαιρά τους, αποκάλυψε ότι ο έβδομος πλανήτης, ο TRAPPIST-1g, πιθανότατα δεν έχει πυκνή ατμόσφαιρα πλούσια σε υδρογόνο. Αυτό φαινομενικά θα απέκλειε να είναι ένα λεγόμενο «Υγεινός» κόσμος, που αποτελείται από έναν ωκεανό που διατηρείται ζεστός από ένα παχύ στρώμα υδρογόνου. Δεδομένου ότι ο πλανήτης 'g' βρίσκεται στο πολύ εξωτερικό άκρο της κατοικήσιμης ζώνης του TRAPPIST-1, μπορεί να σημαίνει ότι χωρίς πυκνή μονωτική ατμόσφαιρα, το TRAPPIST-1g θα μπορούσε να είναι πολύ κρύο για να είναι κατοικήσιμο στη ζωή όπως το ξέρουμε.
Το τριήμερο συνέδριο ήταν μια συναρπαστική προεπισκόπηση του τρόπου με τον οποίο το JWST αρχίζει να μεταμορφώνει την αστρονομική έρευνα και να μας επιτρέπει να ανιχνεύουμε πράγματα που ήταν εντελώς πέρα από τους αστρονόμους μέχρι τώρα. Μερικές φορές οι παρουσιάσεις του συνεδρίου ήταν απογοητευτικά ελαφριές σε λεπτομέρειες – πολλοί είπαν ότι θα είχαν περισσότερα να πουν τον επόμενο χρόνο, ιδιαίτερα στο 241η συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας (AAS) στις 8–12 Ιανουαρίου στο Σιάτλ.
Πρέπει να θυμόμαστε, ωστόσο, ότι η JWST συλλέγει δεδομένα μόνο για μόλις έξι μήνες. Δεδομένης της πολυπλοκότητας τόσο του τηλεσκοπίου όσο και των πληροφοριών που συλλέγει, οι αστρονόμοι φροντίζουν να προσέχουν τα ευρήματά τους. Εάν τα προκαταρκτικά αποτελέσματα από αυτό το πρώτο επιστημονικό συνέδριο JWST είναι κάποια ένδειξη, τότε τα επόμενα χρόνια θα μπορούσαν να είναι μερικές από τις πιο συναρπαστικές στιγμές ποτέ για αστροφυσικούς, κοσμολόγους και πλανητολόγους.
Ο ορθοστάτης Κβάζαρ, εξωπλανήτες και ατμόσφαιρες μακρινών κόσμων: περισσότερα για τα πρώτα αποτελέσματα από το JWST εμφανίστηκε για πρώτη φορά σε Κόσμος Φυσικής.
