De îndată ce președintele Biden a dezvăluit prima imagine de la telescopul spațial James Webb (JWST) pe 11 iulie, Massimo Pascale iar echipa lui a intrat în acțiune.
Coordonând peste Slack, Pascale, un astrofizician la Universitatea din California, Berkeley, și 14 colaboratori și-au împărțit sarcinile. Imaginea a arătat mii de galaxii într-o porțiune a cerului de mărimea unei înțepături, unele mărite în timp ce lumina lor se înclina în jurul unui grup central de galaxii. Echipa s-a pus pe treabă examinând imaginea, sperând să publice prima lucrare științifică JWST. „Am lucrat non-stop”, a spus Pascale. „A fost ca o cameră de evadare.”
Trei zile mai târziu, cu doar câteva minute înainte de termenul limită zilnic pe arxiv.org, serverul unde oamenii de știință pot încărca versiuni timpurii ale lucrărilor, echipa și-au prezentat cercetările. Au ratat să fie primii cu 13 secunde, „ceea ce a fost destul de amuzant”, a spus Pascale.
învingători, Guillaume Mahler de la Universitatea Durham din Regatul Unit și colegii săi, au analizat aceeași primă imagine JWST. „A fost o pură plăcere de a putea lua aceste date uimitoare și de a le publica”, a spus Mahler. „Dacă o putem face repede, de ce ar trebui să așteptăm?”
„Competiția sănătoasă”, așa cum o numește Mahler, evidențiază volumul enorm de știință care vine deja de la JWST, la câteva zile după ce oamenii de știință au început să primească date de la mult așteptatul mega-telescop cu detecție în infraroșu.
Zorii timpului
Una dintre abilitățile mult promovate ale JWST este puterea de a privi înapoi în timp, la universul timpuriu și de a vedea unele dintre primele galaxii și stele. Deja, telescopul – care a fost lansat în ziua de Crăciun 2021 și acum se află la 1.5 milioane de kilometri de Pământ – a reperat cea mai îndepărtată și mai veche galaxie cunoscută.
Două echipe au găsit galaxia atunci când au analizat separat observațiile JWST pentru sondajul GLASS, una dintre cele peste 200. programe științifice programat pentru primul an al telescopului în spațiu. Ambele echipe, unul condus by Rohan Naidu la Centrul Harvard-Smithsonian pentru Astrofizică din Massachusetts și celălalt by Marco Castellano de la Observatorul Astronomic din Roma, a identificat două galaxii deosebit de îndepărtate în date: una atât de îndepărtată încât JWST detectează lumina pe care a emis-o la 400 de milioane de ani după Big Bang (o legătură cu cea mai veche galaxie văzută vreodată de Telescopul Spațial Hubble), iar celălalt, numit GLASS-z13, văzut așa cum a apărut la 300 de milioane de ani după Big Bang. „Ar fi cea mai îndepărtată galaxie găsită vreodată”, a spus Castellano.
Ambele galaxii par extrem de mici, poate de 100 de ori mai mici decât Calea Lactee, dar prezintă rate surprinzătoare de formare a stelelor și conțin deja de 1 miliard de ori masa soarelui nostru - mai mult decât era de așteptat pentru galaxiile atât de tinere. Una dintre galaxiile tinere prezintă chiar dovezi ale unei structuri asemănătoare unui disc. Se vor face mai multe studii pentru a le sparge lumina pentru a le culege caracteristicile.
Un alt program al universului timpuriu a descoperit, de asemenea, „galaxii incredibil de îndepărtate”, a spus Rebecca Larson, astronom la Universitatea din Texas, Austin și membru al studiului Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). La doar câteva săptămâni după sondaj, echipa a scos câteva galaxii din primii 500 de milioane de ani ai universului, deși Larson și colegii ei nu și-au publicat încă descoperirile exacte. „Este mai bine decât mi-am imaginat și este doar începutul”, a spus ea.
Mai multe galaxii timpurii se ascund în imaginea clusterului de galaxii prezentată de președintele Biden și studiat de Pascale și Mahler. Chemat SMACS 0723, clusterul este atât de greu încât îndoaie lumina obiectelor mai îndepărtate, aducându-le la vedere. Pascale și Mahler au găsit până la 16 galaxii îndepărtate care au fost mărite în imagine; vârstele lor exacte nu sunt încă cunoscute.
Telescopul a aruncat o privire mai atentă asupra unei galaxii îndepărtate din imagine, o pată de lumină care datează de la 700 de milioane de ani după Big Bang. Cu spectrograful său, JWST a detectat elemente grele, în special oxigen, în galaxie. Acum, oamenii de știință speră că telescopul va găsi o absență a elementelor grele chiar și în galaxiile anterioare - dovezi că aceste galaxii conțin doar Stele din populația III, primele stele presupuse din univers, despre care se crede că ar fi fost monstruos de uriașe și făcute în întregime din hidrogen și heliu. (Numai pe măsură ce acele stele au explodat au făcut elemente mai grele, cum ar fi oxigenul, și le-au aruncat în cosmos.)
„Căutăm galaxii în care nu vedem elemente grele”, a spus Andy Bunker, astrofizician la Universitatea din Oxford. „Ar putea fi un pistol fumegând pentru prima generație de stele formate din hidrogen și heliu primordial. Teoretic ar trebui să existe. Depinde dacă sunt suficient de strălucitori.”
Structura Galactică
Pentru oamenii de știință care doresc să înțeleagă structura galaxiilor și modul în care se formează stelele în interiorul lor, JWST a furnizat deja date de impact.
Un program de observare, condus de Janice Lee la NOIRLab al Fundației Naționale de Știință din Arizona, caută locuri tinere de formare a stelelor în galaxii. În numele echipei lui Lee, JWST a observat o galaxie la 24 de milioane de ani lumină depărtare numită NGC 7496, ale cărei regiuni tinere de formare a stelelor au fost până acum învăluite în întuneric; Instrumentele lui Hubble nu au putut să pătrundă praful gros și gazul care înconjoară aceste regiuni. JWST, totuși, poate vedea lumina infraroșie care sare din praf, permițând telescopului să sondeze aproape de momentele în care stelele s-au aprins și fuziunea nucleară s-a aprins în nucleele lor. „Praful se aprinde de fapt”, a spus Lee.
Ceea ce este cel mai remarcabil, a spus ea, este că NGC 7496 este o galaxie normală, „nu o galaxie copil-poster”. Cu toate acestea, sub ochiul atent al lui JWST, prinde brusc viață și dezvăluie canalele în care se formează stelele. „Este pur și simplu fenomenal”, a spus ea.
Între timp, John Barentine, astronom la firma de conservare a cerului întunecat Dark Sky Consulting din Arizona, a făcut o descoperire mai întâmplătoare într-una dintre primele imagini ale JWST. Imaginea telescopului a Nebuloasei Inelului Sudic, la 2,500 de ani lumină de Pământ, a arătat o claritate remarcabilă. În lateral, a apărut în vedere o galaxie intrigantă privită la margine (un punct de observație unic pentru studierea umflăturii centrale a galaxiei), identificată anterior greșit ca parte a nebuloasei în sine.
„Avem această mașină extrem de sensibilă care va dezvălui întâmplător lucruri pe care nici nu știam că le căutăm”, a spus Barentine. „În aproape fiecare imagine pe care o face Webb, merită să aruncăm o privire în fundal.”
Un ochi pe stele și planete
Țintele mai mici sunt, de asemenea, în punctul de vedere al JWST, inclusiv planetele propriului nostru sistem solar. Jupiter a apărut într-o manieră magnifică ca parte a primului lot de imagini, surprinse într-o expunere care durează doar 75 de secunde.
Astronomii știu că atmosfera superioară a lui Jupiter este cu sute de grade mai fierbinte decât atmosfera inferioară, dar nu sunt siguri de ce. Prin detectarea luminii infraroșii, JWST a putut vedea atmosfera superioară încălzită strălucind; apare ca un inel roșu în jurul planetei. „Avem acest strat la câteva sute de kilometri deasupra punților norilor și strălucește pentru că este cald”, a spus Henrik Melin, un cercetător planetar la Universitatea din Leicester. „Nu am mai văzut așa ceva până acum la scară globală. Este un lucru extraordinar de văzut.”
Programul lui Melin intenționează să folosească JWST în săptămânile următoare pentru a studia forța motrice din spatele acestei încălziri atmosferice.
În imaginea lui JWST a lui Jupiter se ascunde luna vulcanică Io care interacționează cu aurora lui Jupiter - creând o mică denivelare în aurora de jos de pe cerul planetei. Imaginea dezvăluie „material care vine de la Io care curge pe liniile câmpului magnetic”, a spus Melin. Efectul a mai fost văzut, dar a fost depistat cu ușurință de către JWST cu abia o privire asupra planetei.
JWST cercetează planete și în alte sisteme stelare. Telescopul a aruncat deja o privire la faimosul sistem TRAPPIST-1, o stea pitică roșie cu șapte lumi de dimensiunea Pământului (unele potențial locuibile), deși datele sunt încă analizate. Au fost făcute observații timpurii ale unei planete mai puțin ospitaliere, un „Jupiter fierbinte” numit WASP-96 b, pe o orbită strânsă de 3.4 zile în jurul stelei sale.
JWST a găsit vapori de apă în atmosfera planetei, confirmând dovezi ale apei raportat cu zile mai devreme by Chima McGruder a Centrului Harvard-Smithsonian și a colegilor, care au folosit un telescop la sol. Dar JWST poate merge mai departe; observând raportul dintre carbon și oxigen al lui WASP-96 b, ar putea fi capabil să rezolve un mister confuz despre Jupiteri fierbinți: cum ating orbite atât de apropiate în jurul stelelor lor. Mai mult oxigen ar sugera că gigantul gazos s-a format inițial departe de stea, unde apa s-ar putea condensa, în timp ce un raport mai mare de carbon ar sugera că a fost întotdeauna aproape.
Între timp, este posibil ca JWST să fi observat o lumină temporară pe cer - un eveniment de scurtă durată cunoscut sub numele de tranzitoriu - pentru care nu a fost proiectat inițial să facă. Astronomul Mike Engesser și colegii de la Institutul de Știință al Telescopului Spațial din Baltimore, Maryland (centrul de operațiuni pentru JWST), au observat un obiect strălucitor care nu se vede în imaginile Hubble din aceeași regiune. Ei cred că este o supernovă sau o stea care explodează, la aproximativ 3 miliarde de ani lumină distanță - dovada că telescopul poate găsi aceste evenimente.
JWST ar trebui să fie capabil să găsească și supernove mult mai îndepărtate, ceea ce îi va oferi o altă modalitate de a servi ca o sondă a universului timpuriu. S-ar putea să găsească, de asemenea, stele sfâșiate de găurile negre supermasive care se află în centrele galaxiilor, ceva ce niciun telescop anterior nu a văzut. „Pentru prima dată vom putea să privim aceste regiuni foarte adânci și întunecate”, a spus Ori Fox, un astronom la Institutul de Știință al Telescopului Spațial care conduce echipa care studiază tranzitorii.
Tranzitorii, ca și alte fenomene astronomice, sunt setate să fie redefinite. După zeci de ani de planificare și construcție, JWST a dat peste cap. Problema acum ține pasul cu barajul constant al științei care vine de la o mașină atât de complexă, dar fără cusur, încât aproape sfidează credința că a fost construită de creierul uman. „Funcționează și este o nebunie”, a spus Larson.
