Så snart president Biden avduket det første bildet fra James Webb Space Telescope (JWST) 11. juli, Massimo Pascale og teamet hans kom i gang.
Koordinerende over Slack, Pascale, en astrofysiker ved University of California, Berkeley, og 14 samarbeidspartnere delte opp oppgaver. Bildet viste tusenvis av galakser i en nålestikkstørrelse på himmelen, noen forstørret da lyset deres bøyde seg rundt en sentral klynge av galakser. Teamet satte i gang med å granske bildet, i håp om å publisere den aller første JWST vitenskapsoppgaven. "Vi jobbet nonstop," sa Pascale. "Det var som et rømningsrom."
Tre dager senere, bare minutter før den daglige fristen på arxiv.org, serveren der forskere kan laste opp tidlige versjoner av papirer, leverte sin forskning. De gikk glipp av å være først med 13 sekunder, "noe som var ganske morsomt," sa Pascale.
De seiere, Guillaume Mahler ved Durham University i Storbritannia og kolleger, analyserte det samme første JWST-bildet. "Det var bare en ren glede å kunne ta disse fantastiske dataene og publisere dem," sa Mahler. "Hvis vi kan gjøre det raskt, hvorfor skal vi vente?"
Den «sunne konkurransen», som Mahler kaller det, fremhever det enorme volumet av vitenskap som allerede kommer fra JWST, dager etter at forskere begynte å motta data fra det lenge etterlengtede, infrarøde sensing mega-teleskopet.
Tidenes morgen
En av JWSTs mye fremhevede evner er kraften til å se tilbake i tid til det tidlige universet og se noen av de første galaksene og stjernene. Allerede har teleskopet – som ble skutt opp 2021. juledag 1.5 og nå sitter XNUMX millioner kilometer fra jorden – oppdaget den fjerneste, tidligste galaksen som er kjent.
To lag fant galaksen da de separat analyserte JWST-observasjoner for GLASS-undersøkelsen, en av mer enn 200 vitenskapelige programmer planlagt for teleskopets første år i verdensrommet. Begge lag, en ledet by Rohan Naidu ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Massachusetts og den andre by Marco Castellano ved Astronomical Observatory of Roma, identifiserte to spesielt avsidesliggende galakser i dataene: en så langt unna at JWST oppdager lyset den sendte ut 400 millioner år etter Big Bang (et bånd med den eldste galaksen som noen gang er sett av Hubble-romteleskopet), og den andre, kalt GLASS-z13, sett slik den dukket opp 300 millioner år etter Big Bang. "Det ville være den fjerneste galaksen som noen gang er funnet," sa Castellano.
Begge galaksene ser ekstremt små ut, kanskje 100 ganger mindre enn Melkeveien, men de viser overraskende stjernedannelseshastigheter og inneholder allerede 1 milliard ganger massen til solen vår - mer enn forventet for galakser så unge. En av de unge galaksene viser til og med tegn på en disklignende struktur. Flere studier vil bli gjort for å bryte opp lyset deres for å fange opp egenskapene deres.
Et annet tidlig univers-program har også dukket opp "utrolig fjerne galakser," sa Rebecca Larson, en astronom ved University of Texas, Austin og medlem av undersøkelsen Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Bare uker etter undersøkelsen har teamet samlet inn en håndfull galakser fra universets første 500 millioner år, selv om Larson og hennes kolleger ikke har offentliggjort sine eksakte funn ennå. "Det er bedre enn jeg forestilte meg, og det er bare begynnelsen," sa hun.
Flere tidlige galakser skjuler seg i bildet av galaksehopen presentert av president Biden og studert av Pascale og Mahler. Kalt SMACS 0723, er klyngen så tung at den bøyer lyset fra fjernere objekter, slik at de kommer til syne. Pascale og Mahler fant opptil 16 fjerntliggende galakser som har blitt forstørret i bildet; deres eksakte alder er ennå ikke kjent.
Teleskopet tok en nærmere titt på en fjern galakse på bildet, en lysflekk som dateres til 700 millioner år etter Big Bang. Med sin spektrograf oppdaget JWST tunge grunnstoffer, spesielt oksygen, i galaksen. Nå håper forskerne at teleskopet vil finne et fravær av tunge elementer i enda tidligere galakser - bevis på at disse galaksene bare inneholder Populasjon III stjerner, de antatte første stjernene i universet, antatt å ha vært uhyrlig enorme og laget utelukkende av hydrogen og helium. (Først da stjernene eksploderte, smidde de tyngre elementer som oksygen og spydde dem ut i kosmos.)
"Vi leter etter galakser der vi ikke ser noen tunge elementer," sa Andy Bunker, en astrofysiker ved University of Oxford. "Det kan være en rykende pistol for den første generasjonen stjerner dannet av opprinnelig hydrogen og helium. Teoretisk sett burde de eksistere. Det kommer an på om de er lyse nok."
Galaktisk struktur
For forskere som ønsker å forstå strukturen til galakser og hvordan stjerner dannes i dem, har JWST allerede gitt effektfulle data.
Ett observasjonsprogram, ledet av Janice Lee ved National Science Foundations NOIRLab i Arizona, ser etter unge steder for stjernedannelse i galakser. På vegne av Lees team observerte JWST en galakse 24 millioner lysår unna kalt NGC 7496, hvis unge stjernedannende områder til nå har vært innhyllet i mørke; Hubbles instrumenter klarte ikke å trenge gjennom det tykke støvet og gassen som omgir disse områdene. JWST kan imidlertid se infrarødt lys som spretter av støvet, slik at teleskopet kan sondere nær øyeblikkene da stjernene slo seg på og kjernefysisk fusjon antente i kjernene deres. "Støvet lyser faktisk opp," sa Lee.
Det som er mest bemerkelsesverdig, sa hun, er at NGC 7496 er en normal galakse, «ikke en plakat-barn-galakse». Men under JWSTs våkent øye kommer den plutselig til liv og avslører kanaler hvor stjerner dannes. "Det er bare fenomenalt," sa hun.
John Barentine, en astronom ved bevaringsfirmaet Dark Sky Consulting i Arizona, gjorde i mellomtiden en mer serendipitisk oppdagelse i et av JWSTs første bilder. Teleskopets bilde av den sørlige ringtåken, 2,500 lysår fra Jorden, viste bemerkelsesverdig klarhet. En spennende galakse sett på kanten (et unikt utsiktspunkt for å studere galaksens sentrale bule), som tidligere ble feilidentifisert som en del av selve tåken, stakk til syne.
"Vi har denne utsøkt følsomme maskinen som kommer til å avsløre ting vi ikke engang visste at vi lette etter," sa Barentine. "På nesten alle bilder Webb tar, er det verdt å se seg rundt i bakgrunnen."
Et øye på stjerner og planeter
Mindre mål er også i JWSTs trådkors, inkludert planetene i vårt eget solsystem. Jupiter dukket opp på praktfull måte som en del av den første gruppen med bilder, tatt i en eksponering som varer i bare 75 sekunder.
Astronomer vet at Jupiters øvre atmosfære er hundrevis av grader varmere enn den nedre atmosfæren, men de er ikke sikre på hvorfor. Ved å oppdage infrarødt lys kunne JWST se den oppvarmede øvre atmosfæren skinne; det vises som en rød ring rundt planeten. "Vi har dette laget noen hundre kilometer over skydekkene, og det gløder fordi det er varmt," sa Henrik Melin, en planetforsker ved University of Leicester. "Vi har aldri sett det slik før på global skala. Det er en ekstraordinær ting å se."
Melins program planlegger å bruke JWST i de kommende ukene for å studere drivkraften bak denne atmosfæriske oppvarmingen.
Skjuler seg i JWSTs bilde av Jupiter er den vulkanske månen Io som samhandler med Jupiters nordlys - og skaper en liten bule i nordlyset lavt på planetens himmel. Bildet avslører "materiale som kommer fra Io som strømmer nedover magnetfeltlinjene," sa Melin. Effekten er sett før, men det ble lett plukket ut av JWST med knapt et blikk på planeten.
JWST undersøker også planeter i andre stjernesystemer. Allerede har teleskopet tatt en titt på det berømte TRAPPIST-1-systemet, en rød dvergstjerne med syv verdener på størrelse med jorden (noen potensielt beboelige), selv om dataene fortsatt blir analysert. Tidlige observasjoner har blitt offentliggjort av en mindre gjestfri planet, en "varm Jupiter" kalt WASP-96 b, i en tett 3.4-dagers bane rundt stjernen.
JWST fant vanndamp i planetens atmosfære, noe som bekrefter bevis på vann rapportert dager tidligere by Chima McGruder fra Harvard-Smithsonian Center og kolleger, som brukte et bakkebasert teleskop. Men JWST kan gå lenger; ved å observere WASP-96 bs forhold mellom karbon og oksygen, kan det være i stand til å løse et forvirrende mysterium om varme Jupitere: hvordan de oppnår så nære baner rundt stjernene sine. Mer oksygen antyder at gassgiganten opprinnelig dannet seg langt fra stjernen der vann kunne kondensere, mens et høyere karbonforhold antyder at den alltid har vært i nærheten.
I mellomtiden kan JWST ha oppdaget et midlertidig lys på himmelen - en kortvarig hendelse kjent som en forbigående - som den opprinnelig ikke var designet for å gjøre. Astronomen Mike Engesser og kollegene ved Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland (operasjonssenteret for JWST), la merke til et lyst objekt som ikke var synlig på Hubble-bilder av samme region. De tror det er en supernova, eller eksploderende stjerne, rundt 3 milliarder lysår unna – et bevis på at teleskopet kan finne disse hendelsene.
JWST burde være i stand til å finne langt fjernere supernovaer også, noe som vil gi den en annen måte å tjene som en sonde av det tidlige universet. Den kan også finne stjerner som blir revet i stykker av de supermassive sorte hullene som ligger i galaksenes sentre, noe ingen tidligere teleskoper har sett. "For første gang skal vi være i stand til å se inn i disse veldig dype, mørke områdene," sa Ori Fox, en astronom ved Space Telescope Science Institute som leder teamet som studerer transienter.
Transienter, som andre astronomiske fenomener, er satt til å bli redefinert. Etter tiår med planlegging og konstruksjon, har JWST slått til himmels. Problemet nå er å holde tritt med den konstante bølgen av vitenskap som kommer ned fra en maskin som er så kompleks, men feilfri at den nesten trosser troen på at den ble bygget av menneskelige hjerner. "Det fungerer, og det er sinnssykt," sa Larson.
