È stato un ultimo giorno attivo al Primi risultati scientifici da JWST conferenza presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora, negli Stati Uniti, dove la discussione si è spostata su alcune incredibili osservazioni di quasar al di sopra del redshift 6, mostrandole come esistevano più di 12.7 miliardi di anni fa.
In quanto nuclei compatti di galassie con buchi neri supermassicci estremamente attivi, sappiamo che i quasar possono brillare molte volte più luminosi della galassia che li ospita. Nella sua presentazione, Giovanni Silverman dell'Università di Tokyo ha descritto come i dati del JWST CEERS (Scienza a rilascio anticipato dell'evoluzione cosmica) L'indagine sta seguendo una dozzina di quasar ad alto spostamento verso il rosso originariamente identificati dal Telescopio Subaru su Mauna Kea.
Durante la conferenza, gli astronomi hanno scherzato sul fatto che l'alto spostamento verso il rosso non significa più quello che significava una volta. Prima che arrivasse JWST, un elevato spostamento verso il rosso per il telescopio spaziale Hubble significava risolvere le galassie ospiti dei quasar fino a circa 2 spostamenti verso il rosso, o circa 10 miliardi di anni nel passato. Ora, JWST sta risolvendo le strutture delle galassie ospiti attorno ai quasar al redshift 6 (quasi 12.7 miliardi di anni fa).
Molte cose sono successe nell'Universo tra gli spostamenti verso il rosso 2 e 6, e gli astronomi sono ansiosi di vedere se il rapporto tra la massa di un buco nero supermassiccio al centro di una galassia rispetto alla massa della sua galassia ospite (o più specificamente la massa stellare di il rigonfiamento della galassia) mantiene ancora i massimi spostamenti verso il rosso. La risposta ci parlerà delle condizioni in cui si sono formati buchi neri e galassie supermassicci e di come hanno influenzato la crescita reciproca.
Il rapporto di massa tra un buco nero supermassiccio e il rigonfiamento di una galassia attorno ad esso è 1:200, con questo valore che si ritiene sia collegato al feedback dal buco nero sotto forma di deflussi di radiazione che emettono mentre accresce la materia. La relazione è stata quantificata per la prima volta dalle osservazioni con il telescopio spaziale Hubble negli anni '1990, con Silverman che l'ha definita "fondamentale".
Si scopre che anche le galassie ad alto redshift si attengono effettivamente a questa relazione. Silverman ha affermato che gli astronomi hanno preso di mira il redshift 6 perché è a questo redshift che le simulazioni delle galassie tendono a differire maggiormente. Ciò di cui gli astronomi hanno veramente bisogno sono alcuni dati solidi e veloci da inserire nelle simulazioni, e JWST è stato felice di accontentarli.
La tipica galassia che ospita un quasar a questo spostamento verso il rosso è luminosa solo dell'8% rispetto al quasar. Tuttavia, è effettivamente possibile eliminare il bagliore di un quasar dall'immagine: poiché il quasar stesso appare puntiforme, si manifesta come picchi di diffrazione che possono essere rimossi da una funzione di diffusione puntiforme.
JWST trova le galassie abbastanza compatte e a forma di disco, con bracci a spirale e barre centrali sorprendentemente ben definiti appena un miliardo di anni dopo il Big Bang. Nel suo discorso, Madeline Marshall, di NRC Herzberg a Victoria, in Canada, ha discusso i primi risultati di quasar ad alto redshift da JWST Spettrometro nel vicino infrarosso (NIRSpec), trovando che i loro buchi neri pesano miliardi di masse solari e che la massa delle loro galassie ospiti è nella regione di centinaia di miliardi, sembrando quindi mantenere il rapporto di massa osservato a uno spostamento verso il rosso inferiore.
Come esattamente i buchi neri siano diventati così massicci così presto nell'Universo è ancora in discussione, ma si spera che JWST inizi a fornire alcune risposte. Solo per dare un'indicazione della potenza del telescopio, la risoluzione del JWST è così fine che alcune delle immagini del quasar mostrano galassie compagne che si fondono o interagiscono con la galassia principale, sfoggiando code di marea e lampi di formazione stellare a una velocità di 30-50 masse solari per anno.
Esopianeti e dischi protoplanetari
All'inizio della giornata, gli esopianeti e i dischi protoplanetari sono stati sotto i riflettori. Olivier Berné dell'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie di Tolosa ha rivelato una soluzione al modo in cui i pianeti possono formarsi negli ambienti ricchi di radiazioni ultraviolette dei grandi ammassi stellari.
Questi ammassi stellari producono la loro giusta quota di stelle calde, giovani e massicce che emettono molta radiazione ultravioletta che dovrebbe, in linea di principio, erodere i dischi protoplanetari attorno alle vicine stelle di massa inferiore. Berné ha riferito come gli astronomi del JWST, lavorando con i colleghi di l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, hanno osservato la chimica di questi dischi vulnerabili e scoperto un caldo involucro di gas molecolare che li circonda.
Gli involucri sono ricchi di idrocarburi policiclici aromatici, che hanno una forte firma spettrale infrarossa che si distingue per JWST. Hanno anche un'elevata opacità ultravioletta, quindi sono in grado di bloccare molti dei dannosi ultravioletti dall'esterno di un disco, proteggendo le prime fasi della formazione dei pianeti.
All'interno di un disco che forma pianeti
Un disco protoplanetario in cui la formazione dei pianeti è proceduta abbastanza lontano è PDS 70. Ha fatto notizia nel 2018 e nel 2021 quando gli astronomi che hanno utilizzato ALMA sono stati in grado di visualizzare gli anelli nel disco di PDS 70 che sembrano essere stati scavati da due giovani pianeti.
Giulia Perotti del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg ha rivelato come JWST possa ora misurare la chimica all'interno della regione interna del disco protoplanetario di PDS 70. Sembra essere arricchito con piccoli granelli di polvere che sono stati trattati termicamente, forse da esplosioni della giovane stella. Il disco interno, nel frattempo, è deformato, forse dall'influenza di un altro pianeta invisibile. Chimicamente, nel disco sono stati rilevati anche acqua e ossigeno. PDS 70 continua ad essere il nostro esempio meglio studiato di pianeti che si formano all'interno di un disco di gas e polvere.
Atmosfere WASP
Nel frattempo, Kevin Stevenson del Johns Hopkins Applied Physics Laboratory ha aggiornato i delegati sulle osservazioni del JWST delle atmosfere dei vecchi esopianeti. In primo luogo, ha raccontato le osservazioni del telescopio spaziale di WASP-39b, un "Giove caldo" a 700 anni luce di distanza.
Queste osservazioni sono state fatte mentre WASP-39b stava transitando sulla sua stella, con parte della luce della stella che veniva assorbita da atomi e molecole nell'atmosfera del pianeta mentre passava. Utilizzando questa "spettroscopia di trasmissione", JWST ha rilevato monossido di carbonio, potassio, sodio e acqua nell'atmosfera di WASP-39b, nonché anidride solforosa, che è un prodotto della fotochimica.
È la prima volta che processi fotochimici, in cui la radiazione della stella altera le molecole, sono stati rilevati su qualsiasi esopianeta. L'assenza di una forte riga del metano a 3.3 micron è anche la prova che la fotochimica sta trasformando il metano in altre specie molecolari.
Stevenson ha poi mostrato in anteprima i risultati di un altro Giove caldo: il pianeta WASP-43b, che si trova a 284 anni luce di distanza. Quando il predecessore di JWST, il telescopio spaziale Spitzer, ha osservato WASP-43b, non è stato in grado di rilevare alcuna emissione termica dal lato notturno del pianeta, il che significa che deve essere freddo, oltre i limiti di Spitzer per essere rilevato.
Stevenson ha rivelato che JWST aveva ora rilevato questa debole emissione termica e, sebbene non potesse fornire dettagli, ha descritto come effettuare questa misurazione e misurare la temperatura del lato notturno avrebbe consentito agli scienziati di limitare meglio le proprietà del blocco mareale- atmosfera del pianeta.
Stuzzicante TRAPPIST-1
Abbiamo anche ascoltato nuove scoperte dal sistema planetario TRAPPIST-1, che consiste di sette pianeti in orbita attorno a una stella nana rossa a 40 anni luce di distanza. Björn Benneke dell'Università di Montreal ha rivelato che JWST aveva eseguito la ricognizione delle atmosfere di alcuni dei mondi di TRAPPIST-1.
Sebbene non sia stato ancora in grado di dire nulla su ciò che JWST aveva rilevato positivamente nelle loro atmosfere, ha rivelato che il settimo pianeta, TRAPPIST-1g, probabilmente non ha un'atmosfera densa e ricca di idrogeno. Questo apparentemente escluderebbe che si tratti di un cosiddetto Mondo 'iceo', costituito da un oceano mantenuto caldo da una spessa fascia di idrogeno. Poiché il pianeta "g" si trova all'estremità della zona abitabile di TRAPPIST-1, potrebbe significare che senza una spessa atmosfera isolante, TRAPPIST-1g potrebbe essere troppo freddo per essere abitabile per la vita così come la conosciamo.
La conferenza di tre giorni è stata un'entusiasmante anteprima di come JWST sta iniziando a trasformare la ricerca astronomica e ci consente di rilevare cose che fino ad ora erano completamente al di là degli astronomi. A volte le presentazioni della conferenza erano frustrantemente scarse sui dettagli: molti hanno affermato che avrebbero avuto altro da dire l'anno prossimo, in particolare al 241° incontro dell'American Astronomical Society (AAS) dall'8 al 12 gennaio a Seattle.
Dobbiamo ricordare, tuttavia, che JWST raccoglie dati solo da appena sei mesi. Data la complessità sia del telescopio che delle informazioni che sta raccogliendo, gli astronomi si stanno assicurando di prendersi cura delle loro scoperte. Se i risultati preliminari di questa prima conferenza scientifica JWST sono indicativi, i prossimi anni potrebbero essere alcuni dei tempi più entusiasmanti di sempre per astrofisici, cosmologi e scienziati planetari.
Il post Quasar, esopianeti e atmosfere di mondi lontani: ecco i primi risultati del JWST apparve prima Mondo della fisica.
