Μόλις ο Πρόεδρος Μπάιντεν αποκάλυψε η πρώτη εικόνα από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) στις 11 Ιουλίου, Μάσιμο Πασκάλε και η ομάδα του ξεπήδησε στη δράση.
Συντονίζοντας τον Slack, ο Pascale, ένας αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Μπέρκλεϋ, και 14 συνεργάτες χώρισαν εργασίες. Η εικόνα έδειχνε χιλιάδες γαλαξίες σε ένα τμήμα του ουρανού στο μέγεθος της καρφίτσας, κάποιοι μεγεθύνονται καθώς το φως τους κάμπτεται γύρω από ένα κεντρικό σμήνος γαλαξιών. Η ομάδα άρχισε να εργάζεται εξετάζοντας την εικόνα, ελπίζοντας να δημοσιεύσει την πρώτη επιστημονική εργασία JWST. «Δουλεύαμε ασταμάτητα», είπε ο Πασκάλε. «Ήταν σαν δωμάτιο απόδρασης».
Τρεις ημέρες αργότερα, λίγα λεπτά πριν από την ημερήσια προθεσμία στο arxiv.org, τον διακομιστή όπου οι επιστήμονες μπορούν να ανεβάσουν τις πρώτες εκδόσεις των εγγράφων, η ομάδα υπέβαλαν την έρευνά τους. Έχασαν να είναι πρώτοι κατά 13 δευτερόλεπτα, «που ήταν πολύ αστείο», είπε ο Pascale.
Η νικητές, Γκιγιόμ Μάλερ στο Πανεπιστήμιο Durham στο Ηνωμένο Βασίλειο και οι συνάδελφοί του, ανέλυσαν την ίδια πρώτη εικόνα JWST. «Υπήρχε απλώς μια χαρά να μπορέσω να λάβω αυτά τα εκπληκτικά δεδομένα και να τα δημοσιεύσω», είπε ο Μάλερ. «Αν μπορούμε να το κάνουμε γρήγορα, γιατί να περιμένουμε;»
Ο «υγιεινός ανταγωνισμός», όπως τον αποκαλεί ο Μάλερ, υπογραμμίζει τον τεράστιο όγκο επιστήμης που προέρχεται ήδη από το JWST, μέρες αφότου οι επιστήμονες άρχισαν να λαμβάνουν δεδομένα από το πολυαναμενόμενο μεγα-τηλεσκόπιο με ανίχνευση υπέρυθρων.
Η Αυγή του Χρόνου
Μία από τις πολυδιαφημισμένες ικανότητες του JWST είναι η δύναμη να κοιτάζει πίσω στο χρόνο στο πρώιμο σύμπαν και να βλέπει μερικούς από τους πρώτους γαλαξίες και αστέρια. Ήδη, το τηλεσκόπιο - το οποίο εκτοξεύτηκε την ημέρα των Χριστουγέννων του 2021 και τώρα βρίσκεται σε απόσταση 1.5 εκατομμυρίου χιλιομέτρων από τη Γη - έχει εντοπίσει τον πιο μακρινό, αρχαιότερο γνωστό γαλαξία.
Δύο ομάδες βρήκαν τον γαλαξία όταν ανέλυσαν χωριστά τις παρατηρήσεις του JWST για την έρευνα GLASS, μία από τις περισσότερες από 200 επιστημονικά προγράμματα προγραμματισμένο για τον πρώτο χρόνο του τηλεσκοπίου στο διάστημα. Και οι δυο ομάδες, ένα οδήγησε by Ρόχαν Ναϊντού στο Κέντρο Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian στη Μασαχουσέτη και η άλλη by Μάρκο Καστελάνο στο Αστρονομικό Αστεροσκοπείο της Ρώμης, εντόπισε δύο ιδιαίτερα απομακρυσμένους γαλαξίες στα δεδομένα: έναν τόσο μακριά που το JWST ανιχνεύει το φως που εξέπεμψε 400 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη (δεσμός με τον παλαιότερο γαλαξία που έχει δει ποτέ το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble). και το άλλο, που ονομάστηκε GLASS-z13, φαίνεται όπως εμφανίστηκε 300 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. «Θα ήταν ο πιο μακρινός γαλαξίας που έχει βρεθεί ποτέ», είπε ο Castellano.
Και οι δύο γαλαξίες φαίνονται εξαιρετικά μικροί, ίσως 100 φορές μικρότεροι από τον Γαλαξία μας, ωστόσο παρουσιάζουν εκπληκτικούς ρυθμούς σχηματισμού άστρων και περιέχουν ήδη 1 δισεκατομμύριο φορές τη μάζα του ήλιου μας - περισσότερο από το αναμενόμενο για γαλαξίες τόσο νεαρούς. Ένας από τους νεαρούς γαλαξίες δείχνει ακόμη και στοιχεία δομής που μοιάζει με δίσκο. Θα γίνουν περισσότερες μελέτες για να διασπαστεί το φως τους για να συλλεχθούν τα χαρακτηριστικά τους.
Ένα άλλο πρόγραμμα του πρώιμου σύμπαντος έχει επίσης εμφανίσει «απίστευτα μακρινούς γαλαξίες», είπε Ρεμπέκα Λάρσον, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Τέξας, στο Ώστιν και μέλος της έρευνας Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Μόλις εβδομάδες μετά την έρευνα, η ομάδα έχει συλλέξει μια χούφτα γαλαξιών από τα πρώτα 500 εκατομμύρια χρόνια του σύμπαντος, αν και η Larson και οι συνεργάτες της δεν έχουν ακόμη δημοσιεύσει τα ακριβή ευρήματά τους. «Είναι καλύτερο από ό,τι φανταζόμουν και είναι μόνο η αρχή», είπε.
Περισσότεροι πρώιμοι γαλαξίες κρύβονται στην εικόνα του σμήνους γαλαξιών που παρουσίασε ο Πρόεδρος Μπάιντεν και μελετήθηκε από τους Pascale και Mahler. Που ονομάζεται SMACS 0723, το σύμπλεγμα είναι τόσο βαρύ που κάμπτει το φως πιο απομακρυσμένων αντικειμένων, φέρνοντάς τα σε θέα. Οι Pascale και Mahler βρήκαν έως και 16 απομακρυσμένους γαλαξίες που έχουν μεγεθυνθεί στην εικόνα. Η ακριβής ηλικία τους δεν είναι ακόμη γνωστή.
Το τηλεσκόπιο έριξε μια πιο προσεκτική ματιά σε έναν μακρινό γαλαξία στην εικόνα, μια μουντζούρα φωτός που χρονολογείται στα 700 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Με το φασματογράφο του, το JWST ανίχνευσε βαριά στοιχεία, ιδιαίτερα οξυγόνο, στον γαλαξία. Τώρα οι επιστήμονες ελπίζουν ότι το τηλεσκόπιο θα βρει απουσία βαρέων στοιχείων σε ακόμη παλαιότερους γαλαξίες - στοιχεία ότι αυτοί οι γαλαξίες περιέχουν μόνο Πληθυσμός III αστέρια, τα υποτιθέμενα πρώτα αστέρια στο σύμπαν, που πιστεύεται ότι ήταν τερατώδες τεράστια και φτιαγμένα εξ ολοκλήρου από υδρογόνο και ήλιο. (Μόνο καθώς αυτά τα αστέρια εξερράγησαν, σφυρηλάτησαν βαρύτερα στοιχεία όπως το οξυγόνο και τα εκτόξευσαν στο σύμπαν.)
«Ψάχνουμε για γαλαξίες όπου δεν βλέπουμε βαριά στοιχεία», είπε ο Andy Bunker, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης. «Αυτό μπορεί να είναι ένα όπλο καπνίσματος για την πρώτη γενιά άστρων που σχηματίστηκαν από αρχέγονο υδρογόνο και ήλιο. Θεωρητικά θα έπρεπε να υπάρχουν. Εξαρτάται αν είναι αρκετά φωτεινά».
Γαλαξιακή Δομή
Για τους επιστήμονες που επιδιώκουν να κατανοήσουν τη δομή των γαλαξιών και τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται τα αστέρια μέσα σε αυτούς, το JWST έχει ήδη παράσχει εντυπωσιακά δεδομένα.
Ένα πρόγραμμα παρατήρησης, με επικεφαλής τον Τζέις Λι στο NOIRLab του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών στην Αριζόνα, αναζητά νέους τόπους σχηματισμού άστρων σε γαλαξίες. Για λογαριασμό της ομάδας του Lee, η JWST παρατήρησε έναν γαλαξία 24 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, που ονομάζεται NGC 7496, του οποίου οι νεαρές περιοχές σχηματισμού άστρων ήταν μέχρι τώρα τυλιγμένες στο σκοτάδι. Τα όργανα του Hubble δεν μπόρεσαν να διαπεράσουν την πυκνή σκόνη και το αέριο που περιβάλλει αυτές τις περιοχές. Το JWST, ωστόσο, μπορεί να δει υπέρυθρο φως που αναπηδά από τη σκόνη, επιτρέποντας στο τηλεσκόπιο να διερευνήσει κοντά στις στιγμές που τα αστέρια άναβαν και πυρηνική σύντηξη αναφλέγεται στους πυρήνες τους. «Η σκόνη στην πραγματικότητα ανάβει», είπε ο Λι.
Αυτό που είναι πιο αξιοσημείωτο, είπε, είναι ότι ο NGC 7496 είναι ένας κανονικός γαλαξίας, «όχι ένας γαλαξίας-παιδικός γαλαξίας». Ωστόσο, κάτω από το άγρυπνο βλέμμα του JWST, ξαφνικά ζωντανεύει και αποκαλύπτει κανάλια όπου σχηματίζονται αστέρια. «Είναι απλά εκπληκτικό», είπε.
Ο John Barentine, ένας αστρονόμος στην εταιρεία προστασίας του σκοτεινού ουρανού Dark Sky Consulting στην Αριζόνα, εν τω μεταξύ, έκανε μια πιο ειλικρινή ανακάλυψη σε μια από τις πρώτες εικόνες του JWST. Η εικόνα του τηλεσκοπίου του Νεφελώματος του Νότιου Δακτυλίου, 2,500 έτη φωτός από τη Γη, έδειξε αξιοσημείωτη διαύγεια. Στο πλάι, ένας συναρπαστικός γαλαξίας που βλέπονταν από άκρη σε άκρη (ένα μοναδικό πλεονέκτημα για τη μελέτη της κεντρικής διόγκωσης του γαλαξία), που προηγουμένως εσφαλμένα αναγνωρίστηκε ως μέρος του ίδιου του νεφελώματος, έσκασε μπροστά.
«Έχουμε αυτό το εξαιρετικά ευαίσθητο μηχάνημα που πρόκειται να αποκαλύψει αυθόρμητα πράγματα που δεν ξέραμε καν ότι ψάχναμε», είπε ο Barentine. «Σχεδόν σε κάθε εικόνα που βγάζει ο Webb, αξίζει να κοιτάξετε στο παρασκήνιο».
Ένα μάτι σε αστέρια και πλανήτες
Μικρότεροι στόχοι βρίσκονται επίσης στο στόχαστρο του JWST, συμπεριλαμβανομένων των πλανητών του ηλιακού μας συστήματος. εμφανίστηκε ο Δίας με υπέροχο τρόπο ως μέρος της πρώτης παρτίδας εικόνων, που τραβήχτηκαν σε έκθεση διάρκειας μόλις 75 δευτερολέπτων.
Οι αστρονόμοι γνωρίζουν ότι η ανώτερη ατμόσφαιρα του Δία είναι εκατοντάδες βαθμούς θερμότερη από την κατώτερη ατμόσφαιρα, αλλά δεν είναι σίγουροι γιατί. Ανιχνεύοντας υπέρυθρο φως, το JWST μπορούσε να δει τη θερμαινόμενη ανώτερη ατμόσφαιρα να λάμπει. εμφανίζεται ως ένας κόκκινος δακτύλιος γύρω από τον πλανήτη. «Έχουμε αυτό το στρώμα μερικές εκατοντάδες χιλιόμετρα πάνω από τα καταστρώματα των νεφών και λάμπει επειδή κάνει ζέστη», δήλωσε ο Χένρικ Μελίν, πλανητολόγος στο Πανεπιστήμιο του Λέστερ. «Δεν το έχουμε ξαναδεί έτσι σε παγκόσμια κλίμακα. Αυτό είναι κάτι εξαιρετικό να δεις».
Το πρόγραμμα της Μελίν σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει το JWST τις επόμενες εβδομάδες για να μελετήσει την κινητήρια δύναμη πίσω από αυτήν την ατμοσφαιρική θέρμανση.
Στην εικόνα του Δία του JWST κρύβεται το ηφαιστειακό φεγγάρι Io που αλληλεπιδρά με το σέλας του Δία — δημιουργώντας ένα μικρό χτύπημα στο σέλας χαμηλά στον ουρανό του πλανήτη. Η εικόνα αποκαλύπτει «υλικό που προέρχεται από την Io που ρέει κάτω από τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου», είπε η Melin. Το αποτέλεσμα έχει φανεί στο παρελθόν, αλλά επιλέχθηκε εύκολα από το JWST με μόλις μια ματιά στον πλανήτη.
Το JWST διερευνά πλανήτες και σε άλλα αστρικά συστήματα. Ήδη, το τηλεσκόπιο έχει ρίξει μια ματιά στο περίφημο σύστημα TRAPPIST-1, έναν κόκκινο νάνο αστέρα με επτά κόσμους στο μέγεθος της Γης (μερικοί δυνητικά κατοικήσιμοι), αν και τα δεδομένα αναλύονται ακόμη. Έχουν κυκλοφορήσει πρώιμες παρατηρήσεις για έναν λιγότερο φιλόξενο πλανήτη, έναν «καυτό Δία» που ονομάζεται WASP-96 b, σε μια σφιχτή τροχιά 3.4 ημερών γύρω από το αστέρι του.
Το JWST βρήκε υδρατμούς στην ατμόσφαιρα του πλανήτη, επιβεβαιώνοντας στοιχεία για νερό αναφέρθηκε μέρες νωρίτερα by Chima McGruder του Κέντρου Harvard-Smithsonian και των συναδέλφων, οι οποίοι χρησιμοποίησαν ένα επίγειο τηλεσκόπιο. Αλλά το JWST μπορεί να προχωρήσει περισσότερο. Παρατηρώντας την αναλογία άνθρακα προς οξυγόνο του WASP-96 b, μπορεί να είναι σε θέση να λύσει ένα συγκεχυμένο μυστήριο σχετικά με τους θερμούς Δία: πώς επιτυγχάνουν τόσο κοντινές τροχιές γύρω από τα αστέρια τους. Περισσότερο οξυγόνο θα υποδηλώνει ότι ο γίγαντας αερίων αρχικά σχηματίστηκε μακριά από το αστέρι όπου το νερό μπορούσε να συμπυκνωθεί, ενώ μια υψηλότερη αναλογία άνθρακα θα υποδηλώνει ότι ήταν πάντα κοντά.
Εν τω μεταξύ, το JWST μπορεί να εντόπισε ένα προσωρινό φως στον ουρανό - ένα βραχύβιο γεγονός γνωστό ως παροδικό - το οποίο δεν σχεδιάστηκε αρχικά να κάνει. Ο αστρονόμος Mike Engesser και οι συνεργάτες του στο Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη του Μέριλαντ (το κέντρο επιχειρήσεων για το JWST), παρατήρησαν ένα φωτεινό αντικείμενο που δεν ήταν εμφανές στις εικόνες Hubble της ίδιας περιοχής. Νομίζουν ότι είναι ένα σουπερνόβα, ή ένα αστέρι που εκρήγνυται, περίπου 3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά - απόδειξη ότι το τηλεσκόπιο μπορεί να βρει αυτά τα γεγονότα.
Το JWST θα πρέπει επίσης να είναι σε θέση να βρίσκει πολύ πιο μακρινούς σουπερνόβα, κάτι που θα του δώσει έναν άλλο τρόπο να χρησιμεύσει ως ανιχνευτής του πρώιμου σύμπαντος. Μπορεί επίσης να βρει αστέρια να σχίζονται από τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που βρίσκονται στα κέντρα των γαλαξιών, κάτι που κανένα προηγούμενο τηλεσκόπιο δεν έχει δει. «Για πρώτη φορά θα είμαστε σε θέση να κοιτάξουμε σε αυτές τις πολύ βαθιές, σκοτεινές περιοχές», είπε Όρι Φοξ, ένας αστρονόμος στο Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου που ηγείται της ομάδας που μελετά μεταβατικά.
Τα μεταβατικά, όπως και άλλα αστρονομικά φαινόμενα, πρόκειται να επαναπροσδιοριστούν. Μετά από δεκαετίες σχεδιασμού και κατασκευής, το JWST έχει χτυπήσει τον ουρανό τρέχοντας. Το ζήτημα τώρα είναι να συμβαδίζει με τον συνεχή καταιγισμό της επιστήμης που κατέρχεται από μια μηχανή τόσο περίπλοκη αλλά άψογη που σχεδόν αψηφά την πεποίθηση ότι κατασκευάστηκε από ανθρώπινους εγκεφάλους. «Λειτουργεί και είναι τρελό», είπε ο Λάρσον.
