Heti kun presidentti Biden paljastettiin ensimmäinen kuva James Webb -avaruusteleskoopista (JWST) 11. heinäkuuta Massimo Pascale ja hänen tiiminsä ryhtyi toimiin.
Koordinoi Slackin kanssa, Pascale, Kalifornian yliopiston Berkeleyn astrofyysikko ja 14 yhteistyökumppania jakoivat tehtävät. Kuvassa näkyi tuhansia galakseja neulanpiston kokoisessa osassa taivasta, joista osa suurentui, kun niiden valo vääntyi keskimmäisen galaksijoukon ympärille. Tiimi ryhtyi tarkastelemaan kuvaa toivoen julkaisevansa aivan ensimmäisen JWST-tiedepaperin. "Työskentelimme taukoamatta", sanoi Pascale. "Se oli kuin pakohuone."
Kolme päivää myöhemmin, vain minuuttia ennen päivittäistä määräaikaa arxiv.org-palvelimella, jonne tutkijat voivat ladata aikaisempia versioita kirjoituksista, tiimi toimittaneet tutkimuksensa. He menettivät ykköstään 13 sekuntia, "mikä oli aika hauskaa", Pascale sanoi.
- voittajat, Guillaume Mahler Durhamin yliopistossa Yhdistyneessä kuningaskunnassa ja kollegansa analysoivat samaa ensimmäistä JWST-kuvaa. "Oli vain ilo saada ottaa nämä hämmästyttävät tiedot ja julkaista ne", Mahler sanoi. "Jos voimme tehdä sen nopeasti, miksi meidän pitäisi odottaa?"
"Terve kilpailu", kuten Mahler sitä kutsuu, korostaa valtavaa tieteen määrää, joka on jo tulossa JWST:ltä, päiviä sen jälkeen, kun tiedemiehet alkoivat vastaanottaa tietoja kauan odotetusta, infrapuna-anturoivasta megateleskoopista.
Ajan aamunkoitto
Yksi JWST:n paljon mainostetuista kyvyistä on kyky katsoa ajassa taaksepäin varhaiseen universumiin ja nähdä joitakin ensimmäisistä galakseista ja tähdistä. Joulupäivänä 2021 laukaisu ja nyt 1.5 miljoonan kilometrin päässä Maasta sijaitseva teleskooppi on jo havainnut kaukaisimman ja varhaisimman tunnetun galaksin.
Kaksi ryhmää löysi galaksin analysoidessaan erikseen JWST-havaintoja GLASS-tutkimusta varten, yksi yli 200:sta. tieteellisiä ohjelmia suunniteltu teleskoopin ensimmäiselle vuodelle avaruudessa. Molemmat joukkueet, yksi johti by Rohan Naidu Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics Massachusettsissa ja muut by Marco Castellano Rooman tähtitieteellisessä observatoriossa tunnistettiin tiedoista kaksi erityisen kaukaista galaksia: yksi niin kaukana, että JWST havaitsee lähettämänsä valon 400 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen (yhteneväisyys Hubble-avaruusteleskoopin vanhimpaan koskaan näkemään galaksiin), ja toinen, nimeltään GLASS-z13, nähtiin sellaisena kuin se ilmestyi 300 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. "Se olisi kaukaisin koskaan löydetty galaksi", Castellano sanoi.
Molemmat galaksit näyttävät erittäin pieniltä, ehkä 100 kertaa pienemmiltä kuin Linnunrata, mutta silti niissä on yllättävän nopeasti tähtien muodostumista ja ne sisältävät jo 1 miljardi kertaa aurinkomme massan - enemmän kuin odotettiin näin nuorille galakseille. Yhdessä nuorista galakseista on jopa todisteita levymäisestä rakenteesta. Lisää tutkimuksia tehdään niiden valon hajottamiseksi ja niiden ominaisuuksien selvittämiseksi.
Toinen varhaisen universumin ohjelma on myös paljastanut "uskomattoman kaukaisia galakseja", sanoi Rebecca Larson, tähtitieteilijä Texasin yliopistossa Austinissa ja Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) -tutkimuksen jäsen. Vain viikkoja tutkimuksen jälkeen ryhmä on kerännyt kourallisen galakseja maailmankaikkeuden ensimmäisiltä 500 miljoonalta vuodelta, vaikka Larson ja hänen kollegansa eivät ole vielä julkaisseet tarkkoja havaintojaan. "Se on parempi kuin kuvittelin, ja se on vasta alkua", hän sanoi.
Lisää varhaisia galakseja piiloutuu presidentti Bidenin esittämään ja Pascalen ja Mahlerin tutkimaan galaksijoukon kuvaan. Nimeltään SMACS 0723, klusteri on niin painava, että se taivuttaa kauempana olevien kohteiden valoa tuoden ne näkyville. Pascale ja Mahler löysivät jopa 16 etägalaksia, jotka on suurennettu kuvassa; heidän tarkkaa ikänsä ei ole vielä tiedossa.
Teleskooppi katsoi lähemmin yhtä kaukaista galaksia kuvassa, valopilkkua, joka on peräisin 700 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Spektrografillaan JWST havaitsi galaksissa raskaita alkuaineita, erityisesti happea. Nyt tutkijat toivovat kaukoputken löytävän raskaiden alkuaineiden puuttumisen jopa aikaisemmista galakseista – todisteita siitä, että nämä galaksit sisältävät vain Populaatio III tähdet, maailmankaikkeuden oletetut ensimmäiset tähdet, joiden uskotaan olleen hirvittävän valtavia ja valmistettu kokonaan vedystä ja heliumista. (Vain tähdet räjähtäessään takoivat raskaampia alkuaineita, kuten happea, ja sylkivät niitä kosmokseen.)
"Etsimme galakseja, joissa emme näe raskaita alkuaineita", sanoi Andy Bunker, astrofyysikko Oxfordin yliopistosta. "Se saattaa olla savuava ase ensimmäisen sukupolven tähtiä varten, jotka on muodostettu alkuvedystä ja heliumista. Teoriassa niiden pitäisi olla olemassa. Se riippuu siitä, ovatko ne tarpeeksi kirkkaita."
Galaktinen rakenne
Tiedemiehille, jotka haluavat ymmärtää galaksien rakennetta ja tähtien muodostumista niissä, JWST on jo toimittanut vaikuttavaa tietoa.
Yksi tarkkailuohjelma, johtama Janice Lee National Science Foundationin NOIRLabissa Arizonassa etsii nuoria tähtien muodostumispaikkoja galakseista. Leen tiimin puolesta JWST tarkkaili 24 miljoonan valovuoden päässä olevaa galaksia nimeltä NGC 7496, jonka nuoret tähtienmuodostusalueet ovat tähän asti olleet pimeyden peitossa; Hubblen instrumentit eivät kyenneet läpäisemään näitä alueita ympäröivää paksua pölyä ja kaasua. JWST kuitenkin näkee infrapunavaloa, joka kimpoaa pölystä, jolloin kaukoputki voi tutkia lähelle hetkiä, jolloin tähdet syttyivät ja ydinfuusio syttyi niiden ytimissä. "Pöly itse asiassa syttyy", sanoi Lee.
Hän sanoi, että merkittävintä on, että NGC 7496 on tavallinen galaksi, "ei juliste-lapsigalaksi". Silti JWST:n tarkkaavaisen silmän alla se herää yhtäkkiä henkiin ja paljastaa kanavat, joissa tähdet muodostuvat. "Se on vain ilmiömäistä", hän sanoi.
John Barentine, arizonalaisen pimeän taivaan suojeluyrityksen Dark Sky Consultingin tähtitieteilijä, teki samalla järjettömämmän löydön yhdessä JWST:n ensimmäisistä kuvista. Teleskoopin kuva eteläisen rengassumusta, joka sijaitsee 2,500 XNUMX valovuoden päässä Maasta, osoitti huomattavan selkeän kuvan. Sivulla nähtiin kiehtova galaksi, joka nähtiin reunan päällä (ainutlaatuinen näköalapaikka galaksin keskipulloksen tutkimiseen), joka oli aiemmin tunnistettu väärin osaksi itse sumua.
"Meillä on tämä erittäin herkkä kone, joka paljastaa satunnaisesti asioita, joita emme edes tienneet etsivämme", Barentine sanoi. "Melkein jokaisessa Webbin ottamassa kuvassa kannattaa piipahtaa taustalla."
Silmä tähdistä ja planeetoista
Myös pienemmät kohteet ovat JWST:n hiusristeyksessä, mukaan lukien oman aurinkokuntamme planeetat. Jupiter ilmestyi upealla tavalla osana ensimmäistä kuvaerää, otettu vain 75 sekunnin valotuksella.
Tähtitieteilijät tietävät, että Jupiterin yläilmakehä on satoja asteita kuumempi kuin alempi ilmakehä, mutta he eivät tiedä miksi. Infrapunavaloa havaitsemalla JWST näki kuumennetun yläilmakehän paistavan; se näkyy punaisena renkaana planeetan ympärillä. "Meillä on tämä kerros muutaman sadan kilometrin päässä pilvikansien yläpuolella, ja se hehkuu, koska se on kuuma", sanoi Henrik Melin, planeettatieteilijä Leicesterin yliopistosta. ”Emme ole koskaan ennen nähneet tällaista globaalissa mittakaavassa. Se on poikkeuksellinen asia nähdä.”
Melinin ohjelma aikoo käyttää JWST:tä tulevina viikkoina tämän ilmakehän lämmityksen taustavoiman tutkimiseen.
JWST:n kuvassa Jupiterista piileskelee tulivuoren kuu Io, joka on vuorovaikutuksessa Jupiterin revontueen kanssa luoden pienen kohouman revontuliaan matalalla planeetan taivaalla. Kuva paljastaa "materiaalia, joka tulee Iosta, joka virtaa alas magneettikenttälinjoja", sanoi Melin. Vaikutus on nähty ennenkin, mutta JWST poimi sen helposti katsomalla planeettaa.
JWST tutkii planeettoja myös muissa tähtijärjestelmissä. Teleskooppi on jo kurkistanut kuuluisaan TRAPPIST-1-järjestelmään, punaiseen kääpiötähteen, jossa on seitsemän Maan kokoista maailmaa (jotkut ovat mahdollisesti asuttavia), vaikka tietoja analysoidaan edelleen. Varhaiset havainnot on julkaistu vähemmän vieraanvaraisesta planeettasta, "kuumasta Jupiterista", nimeltään WASP-96 b, tiukasti 3.4 päivän kiertoradalla tähtensä ympäri.
JWST löysi vesihöyryä planeetan ilmakehästä, mikä vahvistaa todisteita vedestä raportoitu päivää aikaisemmin by Chima McGruder Harvard-Smithsonian Centeristä ja kollegoistaan, jotka käyttivät maassa sijaitsevaa teleskooppia. Mutta JWST voi mennä pidemmälle; tarkkailemalla WASP-96 b:n hiilen ja hapen suhdetta se saattaa pystyä ratkaisemaan hämmentävän mysteerin kuumista Jupitereista: kuinka ne saavuttavat niin läheiset kiertoradat tähtiensä ympärillä. Enemmän happea viittaa siihen, että kaasujättiläinen muodostui alun perin kaukana tähdestä, jossa vesi voisi tiivistyä, kun taas korkeampi hiilisuhde viittaa siihen, että se on aina ollut lähellä.
Sillä välin JWST on saattanut havaita taivaalla väliaikaisen valon - lyhytaikaisen tapahtuman, joka tunnetaan ohimenevänä - jota sitä ei alun perin suunniteltu tekemään. Tähtitieteilijä Mike Engesser ja kollegat Space Telescope Science Institutesta Baltimoressa, Marylandissa (JWST:n toimintakeskus) huomasivat kirkkaan kohteen, joka ei näy saman alueen Hubble-kuvissa. He ajattelevat, että se on supernova tai räjähtävä tähti, joka on noin 3 miljardin valovuoden päässä - todiste siitä, että kaukoputki voi löytää nämä tapahtumat.
JWST:n pitäisi pystyä löytämään myös paljon kauempana olevia supernovoja, mikä antaa sille toisen tavan toimia varhaisen universumin luotain. Se saattaa myös löytää tähtiä, joita galaksien keskuksissa olevat supermassiiviset mustat aukot repeytyvät, mitä mikään aikaisempi kaukoputki ei ole nähnyt. "Ensimmäistä kertaa pystymme kurkistamaan näille hyvin syville, pimeille alueille", sanoi Ori Fox, tähtitieteilijä Space Telescope Science Institutessa, joka johtaa transientteja tutkivaa ryhmää.
Transientit, kuten muutkin tähtitieteelliset ilmiöt, määritellään uudelleen. Vuosikymmenten suunnittelun ja rakentamisen jälkeen JWST on noussut taivaalle. Ongelmana on nyt pysyminen jatkuvan tieteen tulvan tahdissa, joka tulee alas koneesta, joka on niin monimutkainen mutta virheetön, että se melkein uhmaa uskoa, että sen ovat rakentaneet ihmisaivot. "Se toimii, ja se on hullua", Larson sanoi.
