Niipea, kui president Biden avalikustas esimene pilt James Webbi kosmoseteleskoobist (JWST) 11. juulil Massimo Pascale ja tema meeskond asus tegutsema.
Koordineerides Slacki, jagasid ülesanded California ülikooli astrofüüsik Pascale ja 14 kaastöötajat. Pildil oli näha tuhandeid galaktikaid nööpnõela suuruses taevaosas, millest osa suurenes, kui nende valgus paindus ümber keskse galaktikate parve. Meeskond asus pilti hoolikalt uurima, lootes avaldada kõige esimese JWST teadustöö. "Töötasime vahetpidamata," ütles Pascale. "See oli nagu põgenemistuba."
Kolm päeva hiljem, vaid mõni minut enne igapäevast tähtaega saidil arxiv.org, mis on server, kuhu teadlased saavad paberite varasemaid versioone üles laadida, esitasid oma uurimistöö. Nad jäid esikohast ilma 13 sekundiga, "mis oli päris naljakas," ütles Pascale.
. võitjad, Guillaume Mahler Ühendkuningriigis Durhami ülikoolis ja kolleegid analüüsisid seda sama esimest JWST-pilti. "Oli lihtsalt suur rõõm, et sain need hämmastavad andmed võtta ja need avaldada," ütles Mahler. "Kui me saame sellega kiiresti hakkama, miks peaksime ootama?"
"Tervislik konkurents", nagu Mahler seda nimetab, tõstab esile tohutu teadusmahu, mis JWST-st juba tuleb, mõni päev pärast seda, kui teadlased hakkasid kauaoodatud infrapunasensori megateleskoobilt andmeid saama.
Aja koit
Üks JWST palju reklaamitud võimeid on võime vaadata ajas tagasi varasesse universumisse ja näha mõningaid esimesi galaktikaid ja tähti. Juba praegu on teleskoop – mis startis 2021. aasta jõulupühal ja asub Maast 1.5 miljoni kilomeetri kaugusel – märganud kõige kaugema ja varaseima teadaoleva galaktika.
Kaks meeskonda leidsid galaktika, kui nad analüüsisid eraldi JWST-vaatlusi GLASS-uuringu jaoks, üks enam kui 200-st. teadusprogrammid kavandatud teleskoobi esimeseks aastaks kosmoses. Mõlemad meeskonnad, üks juhtis by Rohan Naidu Massachusettsi Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskuses ja teiste by Marco Castellano Rooma astronoomiaobservatooriumis tuvastas andmetes kaks eriti kauget galaktikat: üks nii kaugel, et JWST tuvastab valguse, mille ta kiirgas 400 miljonit aastat pärast Suurt Pauku (seos vanima Hubble'i kosmoseteleskoobiga nähtud galaktikaga), ja teine, nimega GLASS-z13, nähti sellisena, nagu see ilmus 300 miljonit aastat pärast Suurt Pauku. "See oleks kõige kaugem galaktika, mis kunagi leitud," ütles Castellano.
Mõlemad galaktikad näevad välja äärmiselt väikesed, võib-olla 100 korda väiksemad kui Linnutee, kuid neil on üllatav tähtede moodustumise kiirus ja nende mass on juba miljard korda suurem kui meie päikese mass – rohkem, kui seda noorte galaktikate puhul oodatakse. Üks noortest galaktikatest näitab isegi kettakujulist struktuuri. Tehakse rohkem uuringuid, et purustada nende valgus, et saada nende omadused.
Teine varase universumi programm on samuti toonud esile "uskumatult kaugeid galaktikaid", ütles Rebecca Larson, Austini Texase ülikooli astronoom ja Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) uuringu liige. Vaid nädalaid pärast uuringut on meeskond kogunud universumi esimese 500 miljoni aasta jooksul käputäie galaktikaid, kuigi Larson ja tema kolleegid pole oma täpseid leide veel avaldanud. "See on parem, kui ma ette kujutasin ja see on alles algus," ütles ta.
Varasemad galaktikad peidavad end galaktikaparve kujutisel, mille esitles president Biden ja mida uurisid Pascale ja Mahler. Helistas SMACS 0723, on kobar nii raske, et painutab kaugemate objektide valgust, tuues need nähtavale. Pascale ja Mahler leidsid kuni 16 kauget galaktikat, mida on pildil suurendatud; nende täpne vanus pole veel teada.
Teleskoop uuris lähemalt ühte pildil olevat kauget galaktikat – valgusplekki, mis pärineb 700 miljonit aastat pärast Suurt Pauku. JWST tuvastas oma spektrograafiga galaktikas rasked elemendid, eriti hapniku. Nüüd loodavad teadlased, et teleskoop leiab raskete elementide puudumise veelgi varasemates galaktikates – tõendid selle kohta, et need galaktikad sisaldavad ainult III populatsiooni tähed, oletatavad esimesed tähed universumis, mis arvati olevat koletult suured ja valmistatud täielikult vesinikust ja heeliumist. (Ainult siis, kui need tähed plahvatasid, sepistasid nad raskemaid elemente, nagu hapnik, ja paiskasid need kosmosesse.)
"Otsime galaktikaid, kus me ei näe raskeid elemente," ütles Oxfordi ülikooli astrofüüsik Andy Bunker. "See võib olla suitsupüstol esimese põlvkonna tähtede jaoks, mis on moodustatud ürgsest vesinikust ja heeliumist. Teoreetiliselt peaksid need olemas olema. See sõltub sellest, kas nad on piisavalt heledad.
Galaktiline struktuur
Teadlastele, kes soovivad mõista galaktikate struktuuri ja tähtede moodustumist neis, on JWST juba esitanud mõjusaid andmeid.
Üks vaatlusprogramm, mida juhtis Janice Lee National Science Foundationi NOIRLabis Arizonas otsib galaktikates noori tähtede tekkekohti. JWST jälgis Lee meeskonna nimel 24 miljoni valgusaasta kaugusel asuvat galaktikat nimega NGC 7496, mille noori tähtede tekkepiirkondi on siiani varjanud pimedus; Hubble'i instrumendid ei suutnud tungida läbi neid piirkondi ümbritseva paksu tolmu ja gaasi. JWST aga näeb infrapunavalgust, mis põrkab tolmult tagasi, võimaldades teleskoobil uurida hetki, mil tähed lülitusid sisse ja tuumasüntees süttis nende tuumades. "Tolm süttib tegelikult," ütles Lee.
Tema sõnul on kõige tähelepanuväärsem see, et NGC 7496 on tavaline galaktika, "mitte plakat-lapsgalaktika". Kuid JWST-i valvsa pilgu all ärkab see ootamatult ellu ja paljastab kanalid, kus tähed tekivad. "See on lihtsalt fenomenaalne," ütles ta.
Arizonas asuva pimeda taeva kaitsefirma Dark Sky Consulting astronoom John Barentine tegi samal ajal ühel JWSTi esimestest piltidest vapustavama avastuse. Teleskoobi pilt Lõunarõnga udukogust, mis asub Maast 2,500 valgusaasta kaugusel, näitas märkimisväärset selgust. Küljelt paistis silma intrigeeriv galaktika, mida vaadeldi servaga (ainulaadne vaatepunkt galaktika keskse mõhna uurimisel), mida varem oli udukogu osana valesti tuvastatud.
"Meil on see erakordselt tundlik masin, mis paljastab meeletult asju, mida me isegi ei teadnud, et otsime," ütles Barentine. "Peaaegu igal Webbi pildil tasub taustal tuhnida."
Pilk tähtedele ja planeetidele
Väiksemad sihtmärgid on ka JWST-i sihtmärkides, sealhulgas meie enda päikesesüsteemi planeedid. Jupiter ilmus suurepärasel moel osana esimesest pildipartiist, mis on jäädvustatud vaid 75-sekundilise säritusega.
Astronoomid teavad, et Jupiteri ülemine atmosfäär on sadu kraadi kuumem kui alumine atmosfäär, kuid nad pole kindlad, miks. Infrapunavalgust tuvastades nägi JWST kuumenenud ülemist atmosfääri paistmas; see paistab planeedi ümber punase rõngana. "Meil on see kiht mõnesaja kilomeetri kõrgusel pilvetekkide kohal ja see helendab, sest see on kuum," ütles Leicesteri ülikooli planetaarteadlane Henrik Melin. "Me pole seda kunagi varem globaalses mastaabis niimoodi näinud. See on erakordne asi, mida näha."
Melini programm kavatseb lähinädalatel kasutada JWST-i, et uurida selle atmosfääri kuumutamise liikumapanevat jõudu.
JWST-i Jupiteri kujutisel on peidus vulkaaniline kuu Io, mis suhtleb Jupiteri auroraga, luues planeedi taevas madalal auroras väikese muhke. Pilt näitab "Io-st pärit materjali, mis voolab mööda magnetvälja jooni", ütles Melin. Mõju on varemgi nähtud, kuid JWST valis selle planeedile vaevalt pilguga välja.
JWST uurib planeete ka teistes tähesüsteemides. Teleskoop on juba vaadanud kuulsat TRAPPIST-1 süsteemi, punast kääbustähte, millel on seitse Maa-suurust maailma (mõned neist on potentsiaalselt elamiskõlblikud), kuigi andmeid analüüsitakse endiselt. Varasemad vaatlused on avaldatud vähem külalislahke planeedi, "kuuma Jupiteri" nimega WASP-96 b, tihedal 3.4-päevasel orbiidil ümber oma tähe.
JWST leidis planeedi atmosfäärist veeauru, mis kinnitab vee olemasolu teatati päevi varem by Chima McGruder Harvard-Smithsoniani keskusest ja kolleegidest, kes kasutasid maapealset teleskoopi. Kuid JWST võib minna kaugemale; jälgides WASP-96 b süsiniku ja hapniku suhet, võib see lahendada segadusse ajava mõistatuse kuumade Jupiterite kohta: kuidas nad saavutavad oma tähtede ümber nii tiheda orbiidi. Rohkem hapnikku viitab sellele, et gaasihiiglane tekkis alguses tähest kaugel, kus vesi võis kondenseeruda, samas kui suurem süsiniku suhe viitab sellele, et see on alati olnud lähedal.
Vahepeal võis JWST märgata taevas ajutist valgust – lühiajalist sündmust, mida tuntakse mööduvana –, milleks see algselt ei olnud mõeldud. Astronoom Mike Engesser ja kolleegid Marylandis Baltimore'is asuvast kosmoseteleskoobi teadusinstituudist (JWST operatsioonikeskus) märkasid eredat objekti, mida sama piirkonna Hubble'i piltidel ei paista. Nad arvavad, et see on umbes 3 miljardi valgusaasta kaugusel asuv supernoova ehk plahvatav täht – tõend, et teleskoop suudab need sündmused üles leida.
JWST peaks suutma leida ka palju kaugemaid supernoovasid, mis annab sellele veel ühe võimaluse varajase universumi sondiks. Samuti võib see avastada tähti, mida lõhuvad galaktikate keskpunktides asuvad ülimassiivsed mustad augud, mida ükski varasem teleskoop pole näinud. "Esimest korda saame nendesse väga sügavatesse ja pimedatesse piirkondadesse piiluda," ütles Ori Fox, kosmoseteleskoobi teadusinstituudi astronoom, kes juhib siirdeid uurivat meeskonda.
Siirdeid, nagu ka teisi astronoomilisi nähtusi, tuleb uuesti määratleda. Pärast aastakümneid kestnud planeerimist ja ehitamist on JWST taevasse löönud. Praegu on probleem selles, et pidada sammu pideva teadustulvaga, mis tuleb alla nii keerulisest, kuid veatust masinast, mis peaaegu eitab usku, et selle on ehitanud inimaju. "See töötab ja see on hull," ütles Larson.
