Så snart president Biden avslöjade den första bilden från James Webb Space Telescope (JWST) den 11 juli, Massimo Pascale och hans team satte igång.
Pascale, en astrofysiker vid University of California, Berkeley, och 14 medarbetare delade upp uppgifterna under koordinering över Slack. Bilden visade tusentals galaxer i en nålstor del av himlen, några förstorade när deras ljus böjde sig runt ett centralt kluster av galaxer. Teamet började arbeta med att granska bilden i hopp om att publicera den allra första JWST-vetenskapsartikeln. "Vi arbetade nonstop," sa Pascale. "Det var som ett utrymningsrum."
Tre dagar senare, bara minuter före den dagliga deadline på arxiv.org, servern där forskare kan ladda upp tidiga versioner av tidningar, teamet lämnat in sin forskning. De missade att vara först med 13 sekunder, "vilket var ganska roligt", sa Pascale.
Smakämnen segrar, Guillaume Mahler vid Durham University i Storbritannien och kollegor, analyserade samma första JWST-bild. "Det var bara ett rent nöje att kunna ta denna fantastiska data och publicera den," sa Mahler. "Om vi kan göra det snabbt, varför ska vi vänta?"
Den "friska konkurrensen", som Mahler kallar det, belyser den enorma mängd vetenskap som redan kommer från JWST, dagar efter att forskare började ta emot data från det efterlängtade, infrarödavkännande megateleskopet.
Tidens gryning
En av JWSTs mycket omtalade förmågor är kraften att se tillbaka i tiden till det tidiga universum och se några av de första galaxerna och stjärnorna. Redan har teleskopet – som lanserades på juldagen 2021 och nu sitter 1.5 miljoner kilometer från jorden – upptäckt den mest avlägsna, tidigaste galaxen man känner till.
Två lag hittade galaxen när de separat analyserade JWST-observationer för GLASS-undersökningen, en av mer än 200 vetenskapsprogram planerad till teleskopets första år i rymden. Båda lagen, en led by Rohan Naidu vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Massachusetts och den andra by Marco Castellano vid det astronomiska observatoriet i Rom, identifierade två särskilt avlägsna galaxer i data: en så långt bort att JWST detekterar ljuset den avgav 400 miljoner år efter Big Bang (en koppling till den äldsta galaxen som någonsin setts av rymdteleskopet Hubble), och den andra, kallad GLASS-z13, sett som den såg ut 300 miljoner år efter Big Bang. "Det skulle vara den mest avlägsna galax som någonsin hittats," sa Castellano.
Båda galaxerna ser extremt små ut, kanske 100 gånger mindre än Vintergatan, men de uppvisar överraskande stjärnbildningshastigheter och innehåller redan 1 miljard gånger massan av vår sol - mer än förväntat för galaxer som är så unga. En av de unga galaxerna visar till och med tecken på en skivliknande struktur. Fler studier kommer att göras för att bryta isär deras ljus för att få fram deras egenskaper.
Ett annat tidigt universumsprogram har också visat upp "otroligt avlägsna galaxer", sa Rebecca Larson, en astronom vid University of Texas, Austin och en medlem av undersökningen Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Bara några veckor in i undersökningen har teamet samlat in en handfull galaxer från universums första 500 miljoner år, även om Larson och hennes kollegor inte har släppt sina exakta fynd än. "Det är bättre än jag föreställt mig och det är bara början," sa hon.
Fler tidiga galaxer gömmer sig i bilden av galaxhopen presenterad av president Biden och studerad av Pascale och Mahler. Kallad SMACS 0723, är klustret så tungt att det böjer ljuset från mer avlägsna föremål, så att de syns. Pascale och Mahler hittade upp till 16 avlägsna galaxer som har förstorats i bilden; deras exakta åldrar är ännu inte kända.
Teleskopet tog en närmare titt på en avlägsen galax i bilden, en ljusfläck som dateras till 700 miljoner år efter Big Bang. Med sin spektrograf upptäckte JWST tunga grundämnen, särskilt syre, i galaxen. Nu hoppas forskare att teleskopet kommer att hitta en frånvaro av tunga element i ännu tidigare galaxer - bevis på att dessa galaxer endast innehåller Population III stjärnor, de antagna första stjärnorna i universum, som tros ha varit monstruöst enorma och helt gjorda av väte och helium. (Först när dessa stjärnor exploderade formade de tyngre element som syre och spydde ut dem i kosmos.)
"Vi letar efter galaxer där vi inte ser några tunga element", säger Andy Bunker, en astrofysiker vid University of Oxford. "Det kan vara en rykande pistol för den första generationen stjärnor bildade av urväte och helium. Teoretiskt borde de finnas. Det beror på om de är tillräckligt ljusa."
Galaktisk struktur
För forskare som vill förstå galaxernas struktur och hur stjärnor bildas inom dem, har JWST redan tillhandahållit effektfulla data.
Ett observationsprogram, ledd av Janice Lee vid National Science Foundations NOIRLab i Arizona, letar efter unga platser för stjärnbildning i galaxer. På uppdrag av Lees team observerade JWST en galax 24 miljoner ljusår bort kallad NGC 7496, vars unga stjärnbildande regioner hittills har varit höljda i mörker; Hubbles instrument kunde inte penetrera det tjocka damm och gas som omger dessa regioner. JWST kan dock se infrarött ljus som studsar av dammet, vilket gör att teleskopet kan sondera nära ögonblicken när stjärnorna slogs på och kärnfusion antändes i deras kärnor. "Dammet lyser faktiskt upp", sa Lee.
Det som är mest anmärkningsvärt, sa hon, är att NGC 7496 är en normal galax, "inte en affisch-barngalax." Men under JWSTs vakande öga vaknar den plötsligt till liv och avslöjar kanaler där stjärnor bildas. "Det är bara fenomenalt," sa hon.
John Barentine, en astronom vid bevarandeföretaget Dark Sky Consulting i Arizona, gjorde under tiden en mer osynlig upptäckt i en av JWST:s första bilder. Teleskopets bild av den södra ringnebulosan, 2,500 XNUMX ljusår från jorden, visade anmärkningsvärd klarhet. Vid sidan om sågs en spännande galax från kanten (en unik utsiktspunkt för att studera galaxens centrala utbuktning), som tidigare felidentifierats som en del av själva nebulosan.
"Vi har den här utsökt känsliga maskinen som kommer att avslöja saker som vi inte ens visste att vi letade efter", sa Barentine. "På nästan varje bild som Webb tar är det värt att leta runt i bakgrunden."
Ett öga på stjärnor och planeter
Mindre mål finns i JWST:s hårkors också, inklusive planeterna i vårt eget solsystem. Jupiter dök upp på fantastiskt sätt som en del av den första omgången bilder, tagna i en exponering som bara varar i 75 sekunder.
Astronomer vet att Jupiters övre atmosfär är hundratals grader varmare än den nedre atmosfären, men de är inte säkra på varför. Genom att detektera infrarött ljus kunde JWST se den uppvärmda övre atmosfären lysa; det visas som en röd ring runt planeten. "Vi har det här lagret några hundra kilometer ovanför molndäcken, och det lyser för att det är varmt", säger Henrik Melin, en planetforskare vid University of Leicester. "Vi har aldrig sett det så här förut på global nivå. Det är en extraordinär sak att se.”
Melins program planerar att använda JWST under de kommande veckorna för att studera drivkraften bakom denna atmosfäriska uppvärmning.
Döljer sig i JWST:s bild av Jupiter är den vulkaniska månen Io som interagerar med Jupiters norrsken - skapar en liten bula i norrskenet lågt på planetens himmel. Bilden avslöjar "material som kommer från Io som strömmar nedför magnetfältslinjerna", sa Melin. Effekten har setts tidigare, men det valdes lätt ut av JWST med knappt en blick på planeten.
JWST undersöker planeter i andra stjärnsystem också. Teleskopet har redan tagit en titt på det berömda TRAPPIST-1-systemet, en röd dvärgstjärna med sju världar i jordstorlek (en del potentiellt beboeliga), även om data fortfarande analyseras. Tidiga observationer har släppts av en mindre gästvänlig planet, en "het Jupiter" kallad WASP-96 b, i en snäv 3.4-dagars bana runt sin stjärna.
JWST hittade vattenånga i planetens atmosfär, vilket bekräftar bevis på vatten rapporterade dagar tidigare by Chima McGruder från Harvard-Smithsonian Center och kollegor, som använde ett markbaserat teleskop. Men JWST kan gå längre; genom att observera WASP-96 b:s förhållande mellan kol och syre kan den kanske lösa ett förvirrande mysterium om heta Jupiters: hur de når så nära banor runt sina stjärnor. Mer syre skulle tyda på att gasjätten ursprungligen bildades långt från stjärnan där vatten kunde kondensera, medan ett högre kolförhållande skulle tyda på att den alltid har varit nära inpå.
Under tiden kan JWST ha upptäckt ett tillfälligt ljus på himlen - en kortlivad händelse känd som en transient - vilket den inte var designad för att göra. Astronomen Mike Engesser och kollegor vid Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland (operationscentret för JWST), märkte ett ljust föremål som inte syntes på Hubble-bilder av samma region. De tror att det är en supernova, eller exploderande stjärna, cirka 3 miljarder ljusår bort – ett bevis på att teleskopet kan hitta dessa händelser.
JWST borde också kunna hitta mycket mer avlägsna supernovor, vilket kommer att ge det ett annat sätt att fungera som en sond av det tidiga universum. Den kan också hitta stjärnor som slits isär av de supermassiva svarta hålen som finns i galaxernas centra, något som inget tidigare teleskop har sett. "För första gången kommer vi att kunna titta in i dessa mycket djupa, mörka områden," sa Ori Fox, en astronom vid Space Telescope Science Institute som leder laget som studerar transienter.
Transienter, liksom andra astronomiska fenomen, kommer att omdefinieras. Efter decennier av planering och konstruktion, har JWST slagit i luften. Problemet nu är att hålla jämna steg med den ständiga störtfloden av vetenskap som kommer ner från en maskin som är så komplex men felfri att den nästan trotsar tron att den byggdes av mänskliga hjärnor. "Det fungerar, och det är vansinnigt," sa Larson.
