Amint Biden elnök leleplezte az első kép a James Webb Űrteleszkópról (JWST) július 11-én, Massimo Pascale és csapata akcióba lendült.
Slack felett koordinált Pascale, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem asztrofizikusa és 14 munkatársa osztotta meg a feladatokat. A képen galaxisok ezrei láthatók az ég egy tűszúrásnyi méretű részén, némelyikük felnagyítva, ahogy fényük egy központi galaxishalmaz köré hajlott. A csapat hozzálátott a kép alapos vizsgálatához, remélve, hogy kiadják a legelső JWST tudományos cikket. „Megállás nélkül dolgoztunk” – mondta Pascale. – Olyan volt, mint egy szabadulószoba.
Három nappal később, néhány perccel a napi határidő előtt az arxiv.org oldalon, azon a szerveren, ahová a tudósok feltölthetik a dolgozatok korai verzióit, a csapat benyújtották kutatásukat. 13 másodperccel lemaradtak az elsőkről, „ami elég vicces volt” – mondta Pascale.
A győztesek, Guillaume Mahler az Egyesült Királyságbeli Durham Egyetemen és munkatársai ugyanazt az első JWST-képet elemezték. „Csak az öröm volt, hogy átvehettük ezt a csodálatos adatot és közzétehettük” – mondta Mahler. "Ha gyorsan meg tudjuk csinálni, miért várnánk?"
Az „egészséges verseny”, ahogy Mahler nevezi, rávilágít arra a hatalmas mennyiségű tudományra, amely már a JWST-től érkezik, napokkal azután, hogy a tudósok elkezdték megkapni az adatokat a régóta várt, infravörös érzékelővel rendelkező mega-teleszkóptól.
Az idő hajnala
A JWST egyik sokat emlegetett képessége, hogy képes visszatekinteni az időben a korai univerzumba, és meglátni néhány első galaxist és csillagot. A távcső – amely 2021 karácsonyán indult, és jelenleg 1.5 millió kilométerre található a Földtől – már a legtávolabbi, legkorábbi ismert galaxist észlelte.
Két csapat találta meg a galaxist, amikor külön elemezték a JWST megfigyeléseket a GLASS felméréshez, amely a több mint 200 közül az egyik. tudományos programok a teleszkóp első világűrbeli évére tervezték. Mindkét csapat, az egyik vezetett by Rohan Naidu a Massachusetts-i Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központban és a másik by Marco Castellano a Római Csillagászati Obszervatóriumban két különösen távoli galaxist azonosított az adatokban: az egyik olyan távoli, hogy a JWST észleli a fényt, amelyet 400 millió évvel az Ősrobbanás után bocsátott ki (ez a Hubble Űrtávcső által valaha látott legrégebbi galaxis). és a másik, a GLASS-z13 névre keresztelt, 300 millió évvel az Ősrobbanás után megjelent. „Ez lenne a valaha talált legtávolabbi galaxis” – mondta Castellano.
Mindkét galaxis rendkívül kicsinek tűnik, talán 100-szor kisebbnek tűnik, mint a Tejútrendszer, mégis meglepő ütemű csillagkeletkezést mutatnak, és már 1 milliárdszor akkora tömeget tartalmaznak, mint Napunké – ez több, mint az ilyen fiatal galaxisok esetében várható. Az egyik fiatal galaxis még korongszerű szerkezetre is utal. További tanulmányokat fognak végezni a fényük szétszedésére, hogy kiderítsék jellemzőiket.
Egy másik korai univerzum program is „hihetetlenül távoli galaxisokat” tárt fel – mondta Rebecca Larson, az austini Texasi Egyetem csillagásza és a Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) felmérés tagja. Néhány héttel a felmérés után a csapat összegyűjtött egy maroknyi galaxist az univerzum első 500 millió évéből, bár Larson és kollégái még nem hozták nyilvánosságra pontos eredményeiket. „Jobb, mint képzeltem, és ez még csak a kezdet” – mondta.
Több korai galaxis rejtőzik a galaxishalmaz képében, amelyet Biden elnök mutatott be, és Pascale és Mahler tanulmányozta. Hívott SMACS 0723, a fürt olyan nehéz, hogy meghajlítja a távolabbi tárgyak fényét, így láthatóvá teszi azokat. Pascale és Mahler 16 távoli galaxist talált, amelyeket a képen felnagyítottak; pontos életkoruk még nem ismert.
A teleszkóp közelebbről megvizsgálta a képen látható egyik távoli galaxist, egy fényfoltot, amely 700 millió évvel az Ősrobbanás után keletkezett. Spektrográfjával a JWST nehéz elemeket, különösen oxigént észlelt a galaxisban. A tudósok most abban reménykednek, hogy a teleszkóp még korábbi galaxisokban is megtalálja a nehéz elemek hiányát – bizonyíték arra, hogy ezek a galaxisok csak Population III csillagok, az univerzum első feltételezett csillagai, amelyekről azt gondolják, hogy szörnyen hatalmasak voltak, és teljes egészében hidrogénből és héliumból készültek. (Csak amikor ezek a csillagok felrobbantak, kovácsoltak nehezebb elemeket, mint például az oxigént, és szórták őket a kozmoszba.)
„Olyan galaxisokat keresünk, ahol nem látunk nehéz elemeket” – mondta Andy Bunker, az Oxfordi Egyetem asztrofizikusa. „Ez egy füstölgő pisztoly lehet az ősi hidrogénből és héliumból alkotott csillagok első generációja számára. Elméletileg létezniük kellene. Attól függ, hogy elég fényesek-e.”
Galaktikus szerkezet
A galaxisok szerkezetét és a bennük lévő csillagok kialakulását megérteni kívánó tudósok számára a JWST már hatásos adatokat szolgáltatott.
Egy megfigyelő program, vezetésével Janice Lee a National Science Foundation arizonai NOIRLab nevű szervezetében a galaxisok fiatal csillagkeletkezési helyeit keresi. Lee csapata megbízásából a JWST megfigyelte az NGC 24 nevű, 7496 millió fényévnyire lévő galaxist, amelynek fiatal csillagképző régióit eddig sötétség borította; A Hubble műszerei nem tudtak áthatolni az ezeket a területeket körülvevő sűrű poron és gázon. A JWST azonban látja a porról visszaverődő infravörös fényt, lehetővé téve a teleszkóp számára, hogy közel szondázza azokat a pillanatokat, amikor a csillagok bekapcsoltak, és magjukban a magfúzió meggyulladt. – Valójában felgyullad a por – mondta Lee.
A legfigyelemreméltóbb az, hogy az NGC 7496 egy normál galaxis, „nem egy poszter-gyermek galaxis”. A JWST éber szeme alatt azonban hirtelen életre kel, és felfedi azokat a csatornákat, ahol sztárok formálódnak. „Ez egyszerűen fenomenális” – mondta.
John Barentine, az arizonai Dark Sky Consulting sötét égbolt természetvédelmi cég csillagásza eközben a JWST egyik első képén egy sokkal serényebb felfedezést tett. A távcső képe a Földtől 2,500 fényévre lévő Déli Gyűrűködről figyelemre méltó tisztaságot mutatott. Oldalt egy érdekes galaxis tárult a látómezőbe (egyedülálló kilátó a galaxis központi dudorának tanulmányozásához), amelyet korábban tévesen a köd részeként azonosítottak.
"Van ez a rendkívül érzékeny gépünk, amely hihetetlenül felfedi azokat a dolgokat, amelyekről nem is tudtuk, hogy keresünk" - mondta Barentine. „Szinte minden Webb által készített képen érdemes a háttérben turkálni.”
Szem a csillagokra és a bolygókra
Kisebb célpontok is a JWST célkeresztjében vannak, beleértve a saját naprendszerünk bolygóit is. Megjelent a Jupiter pompás módon az első köteg kép részeként, mindössze 75 másodpercig tartó expozícióval.
A csillagászok tudják, hogy a Jupiter felső légköre több száz fokkal melegebb, mint az alsó légkör, de nem tudják, miért. Az infravörös fény érzékelésével a JWST látta, hogy a felforrósodott felső légkör ragyog; vörös gyűrűként jelenik meg a bolygó körül. „Ez a réteg néhány száz kilométerrel a felhőfedélzet felett van, és azért világít, mert meleg” – mondta Henrik Melin, a Leicesteri Egyetem bolygókutatója. „Soha nem láttunk még ilyet globális szinten. Ezt rendkívüli dolog látni.”
Melin programja azt tervezi, hogy az elkövetkező hetekben a JWST segítségével tanulmányozza a légköri fűtés hajtóerejét.
A JWST Jupiter-képében az Io vulkanikus hold, amely kölcsönhatásba lép a Jupiter aurórájával, egy kis dudort hoz létre az aurórán a bolygó égboltjának mélyén. A kép azt mutatja, hogy „az Io-ból származó anyag a mágneses erővonalakon áramlik le” – mondta Melin. A hatás már korábban is látható volt, de a JWST könnyedén kiszemelte, alig egy pillantással a bolygóra.
A JWST más csillagrendszerekben is vizsgálja a bolygókat. A teleszkóp már megpillantotta a híres TRAPPIST-1 rendszert, egy vörös törpecsillagot hét Föld-méretű világgal (néhány potenciálisan lakható), bár az adatok elemzése még folyamatban van. Korai megfigyeléseket tettek közzé egy kevésbé vendégszerető bolygóról, a WASP-96 b nevű „forró Jupiterről”, amely szűk 3.4 napos pályán kering csillaga körül.
A JWST vízgőzt talált a bolygó légkörében, ami megerősíti a víz jelenlétét napokkal korábban jelentették by Chima McGruder a Harvard-Smithsonian Center és munkatársai, akik földi távcsövet használtak. De a JWST tovább tud menni; a WASP-96 b szén-oxigén arányának megfigyelésével képes lehet megfejteni egy zavarba ejtő rejtélyt a forró Jupiterekkel kapcsolatban: hogyan jutnak ilyen közeli pályára csillagaik körül. Több oxigén azt sugallja, hogy a gázóriás kezdetben a csillagtól távol alakult ki, ahol a víz lecsapódhat, míg a magasabb széntartalom azt sugallja, hogy mindig is közel volt a csillaghoz.
Eközben a JWST észlelhetett egy átmeneti fényt az égen – egy rövid életű eseményt, amelyet átmenetinek neveznek –, amit eredetileg nem erre terveztek. Mike Engesser csillagász és munkatársai a marylandi baltimore-i Űrteleszkóp Tudományos Intézetben (a JWST műveleti központja) egy olyan fényes objektumot vettek észre, amely nem látszik ugyanarról a régióról készült Hubble-felvételeken. Úgy gondolják, hogy ez egy szupernóva vagy felrobbanó csillag, amely körülbelül 3 milliárd fényévre van tőle – ez a bizonyíték arra, hogy a teleszkóp képes megtalálni ezeket az eseményeket.
A JWST-nek képesnek kell lennie sokkal távolabbi szupernóvák felkutatására is, ami újabb módot ad arra, hogy a korai univerzum szondájaként szolgáljon. Az is előfordulhat, hogy csillagokat tépnek szét a galaxisok központjában található szupermasszív fekete lyukak, amit eddig még nem látott távcső. „Először leszünk képesek bepillantani ezekbe a nagyon mély, sötét régiókba” – mondta Ori Fox, a Space Telescope Science Institute csillagásza, aki a tranzienseket tanulmányozó csapatot vezeti.
A tranzienseket, más csillagászati jelenségekhez hasonlóan, újra kell definiálni. Több évtizedes tervezés és kivitelezés után a JWST az egekbe futott. A probléma most az, hogy lépést tartsunk a tudomány állandó özönével, amely egy olyan bonyolult, mégis hibátlan gépről száll le, amely szinte dacol a hiedelmekkel, hogy emberi agy építette. „Működik, és őrült” – mondta Larson.
