NASA publikuje oszałamiające zdjęcie, aby uczcić Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba

Dzisiaj, 365 dni po tym, jak NASA ujawniła pierwszą partię danych i zdjęć dla misji, jasne jest, że JWST może z rozmachem tworzyć poważne badania naukowe i piękne zdjęcia. NASA świętuje pierwszą rocznicę naukowego debiutu JWST z… Opublikuj nowe zdjęcie, demonstrując zdolność teleskopu do ponownego wyobrażenia sobie wszechświata. Dramatyczny i nieco halucynacyjny obraz przedstawia dynamikę kompleksu chmur Rho Ophiuchi, najbliższego Ziemi obszaru formowania się gwiazd, w którym układy planetarne takie jak nasz mogą znajdować się we wczesnych stadiach formowania.

„Teleskop działa lepiej, niż mogliśmy się spodziewać” – powiedziała astrofizyk NASA Jane Rigby, która na początku tego miesiąca została głównym naukowcem projektu JWST.

Rigby powiedział, że społeczność naukowa była nieco powściągliwa w planowaniu swojego programu na pierwszy rok obserwacji, ale nadchodzący rok nauki w pełni wykorzysta możliwości teleskopu. „W drugim roku staliśmy się dużo odważniejsi”.

Podróż JWST wokół Słońca nie obyła się bez progów zwalniających. Pierwszy rok działalności naukowej obejmował krótką przerwę w gromadzeniu danych ze względów bezpieczeństwa oraz poważną kolizję z pyłem kosmicznym, która zmusiła kierowników projektów do przesunięcia obserwatorium mniej więcej do tyłu.

Ale naukowcy pracujący z danymi pobranymi z teleskopu są zachwyceni jego wydajnością, gdy przesiewa on podczerwoną część widma, zbierając światło, którego nie mógł zebrać poprzedni Kosmiczny Teleskop Hubble’a.

Jak dotąd nagłówek jest taki, że JWST widział wiele zaskakująco jasnych galaktyk we wczesnym wszechświecie. Okazało się to nieco zastanawiające.

Wybierz się na kosmiczną wycieczkę wewnątrz obrazów wykonanych przez teleskop Webba NASA

Nie, JWST nie obalił teorii Wielkiego Wybuchu. Kosmologia nie poszła drogą frenologii. Ale obserwacje dużej ilości światła z wczesnego okresu formowania się galaktyk doprowadziły do ​​wielu drapania się po głowie. Obserwacja i teoria nie zostały jeszcze w pełni uzgodnione.

„Myślę, że istnieje napięcie” – powiedział fizyk Massimo Steavelli, szef misji JWST w Space Telescope Science Institute w Baltimore. „To jest niezaprzeczalne, ponieważ rzeczy są inne, niż myśleliśmy, że będą”.

Główne znaleziska z JWST

JWST był wyobrażany pod koniec lat 80. jako następca statku kosmicznego Hubble’a, który miał dopiero zostać wystrzelony, ale przez wiele lat cierpiał z powodu opóźnień i nieuchronnych spotkań z prawodawcami nastawionymi na finanse. To inwestycja za 10 miliardów dolarów. Nie jest zaprojektowany z modułowymi funkcjami, które umożliwiłyby części zamienne, gdyby coś się wydarzyło.

Znajduje się również daleko w przestrzeni kosmicznej, na stabilnej grawitacyjnie orbicie wokół Słońca zwanej L2, która utrzymuje ją około miliona mil od Ziemi. NASA nie ma obecnie statków kosmicznych do przewożenia astronautów do L2 iz powrotem.

Wszystko to dodaje naukowcom radości, że teleskop działa zgodnie z planem.

Dla teleskopu tej konstrukcji rok jest dość problematyczny. Zwierciadła teleskopów muszą być zbyt zimne, aby wskazywały gdziekolwiek w pobliżu Słońca, więc nie spodziewaj się żadnych ładnych zdjęć Wenus z JWST. Ale pełna orbita daje teleskopowi szansę na pokrycie większości wszechświata.

JWST, który wystartował w Boże Narodzenie rano 2021 r., faktycznie okrążył półtora roku, ale pierwsze sześć miesięcy poświęcono na rozmieszczenie ogromnej kolekcji pozłacanych Sześciokątne lustra i rozłożysta osłona przeciwsłoneczna zapewniają jej chłód, a także regulują instrumenty.

Światło zbierane przez te lustra niesie informacje o wielu warstwach wszechświata, od najdalszych, najsłabszych, ledwo dostrzegalnych galaktyk po bardziej świecące galaktyki na pierwszym planie i formujące się gwiazdy obłoki pyłu i gazu w naszej własnej Drodze Mlecznej. Przyjrzał się naszemu najbliższemu sąsiedztwu, Układowi Słonecznemu, i dostarczył godnych plakatu zdjęć Jowisza i Saturna wypełnionych danymi naukowymi.

We wczesnym wszechświecie JWST prowadził swoje najciekawsze i czasem zaskakujące badania. Celem jest zrozumienie, jak ewoluował wczesny Wszechświat, jak formowały się galaktyki i jak dotarliśmy do miejsca, w którym jesteśmy – na planecie krążącej wokół gwiazdy na jednym z ramion spiralnych dużej galaktyki.

„Naszym domem jest Droga Mleczna” — powiedział Brant Robertson, astrofizyk teoretyczny z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. „To jest galaktyka. To piękna galaktyka. Możemy robić zdjęcia jej wnętrza. Ale nasuwa się pytanie: jak się tu dostała? Jak się uformowała?”

Ta kosmiczna archeologia jest powodem, dla którego JWST został zbudowany w pierwszej kolejności. Ciekawą cechą wszechświata jest to, że światło jest wieczne. Staje się ciemniejszy, ale nadal tam jest, w tym starsze światło, które zostało przesunięte głównie do podczerwonej części widma w wyniku ekspansji przestrzeni, która ma miejsce od Wielkiego Wybuchu. Astrofizycy mogą bardzo często wykorzystywać JWST do badań Galaktyki z większym przesunięciem ku czerwieni sięgają głębiej w przeszłość.

Robertson jest współautorem jednego z dwóch ostatnich artykułów opisujących Najodleglejsza galaktyka wykryta do tej pory i potwierdzona przez JWST, nazwana JADES-GS-Z13-0. Został znaleziony przy przesunięciu ku czerwieni równym 13,2, co odpowiada około 320 milionom lat po Wielkim Wybuchu. Powiedział, że pojawiły się twierdzenia, że ​​mogą istnieć galaktyki o wyższym przesunięciu ku czerwieni, ale czekają one na potwierdzenie.

Zapytany, jak wygląda galaktyka, powiedział: „To smuga”.

Ale co by było, gdybyś mógł w jakiś sposób dostać się na statek kosmiczny i przenieść się przez różne tunele czasoprzestrzenne do odległej przeszłości i zawisnąć obok tej galaktyki. Jak to będzie wyglądać?

„Gdybyś mógł być tuż obok niej, sama galaktyka byłaby bardzo niebieska dla twoich oczu, ponieważ tworzy gwiazdy” – powiedział Robertson. „We wczesnym wszechświecie byłby bardzo jasnoniebieski”.

Tajemnica wczesnych galaktyk

Natychmiast astronomowie patrząc na dane JWST dotyczące wczesnego Wszechświata odkryli coś, co przeczyło oczekiwaniom: dużo Dziwnie jasne galaktyki.

Jasność jest przybliżeniem masy. Dlatego zwykle przyjmuje się, że bardzo jasne galaktyki są bardzo masywne. Ale galaktyki potrzebują czasu na wzrost. Teoretycy ustalili wcześniej ogólny harmonogram ewolucji wczesnych galaktyk, a te wykryte przez JWST na pierwszy rzut oka wydają się niezwykle dojrzałe jak na swój wiek.

JWST może powiedzieć naukowcom, że formowanie się galaktyk we wczesnym wszechświecie było w jakiś sposób wydajniejsze niż wcześniej sądzono.

„Musimy wprowadzić pewne poprawki w naszych teoriach dotyczących tego, jak powstały te bardzo wczesne galaktyki i jak rosły ich gwiazdy” – powiedział. Cihan Kartaltepe, astrofizyk z Rochester Institute of Technology.

„Nic, co widzieliśmy, nie pozwala mi myśleć, że złamaliśmy kosmologię” – powiedział Rigby. „Mówi nam to, że galaktyki współpracowały ze sobą wcześniej, niż nam się wydaje”.

W przeciwieństwie do tego, czego można by się spodziewać po tych z nas, którzy nie są astrofizykami, czarne dziury mogą być kolejnym czynnikiem wpływającym na jasność tych wczesnych galaktyk. Chociaż czarna dziura jest z definicji strukturą o polu grawitacyjnym tak intensywnym, że nawet światło nie może z niej uciec, obszar wokół czarnej dziury może świecić, gdy przegrzany gaz i pył spadają w kierunku horyzontu zdarzeń.

W zeszłym roku Rebecca Larson, która była wówczas doktorantką na University of Texas w Austin, zauważyła coś dziwnego. Podczas gdy ona badała dane z odległej galaktyki zwanej CEERS 1019. Opublikowała je światło ponad 13 miliardów lat temu – kiedy Wszechświat się kręcił, a galaktyki były małymi, źle uformowanymi skupiskami gorących, młodych, jasnych, niebieskich gwiazd.

Larsona zdziwiło niezwykle jasne światło pochodzące z serca CEERS 1019. „Co to, u licha, jest?” Myślałem.

To, co dobrze zgadłeś, to supermasywna czarna dziura. Galaktyce, mimo młodego wieku, udało się uformować czarną dziurę, której masa według szacunków naukowców równa się 10 milionom słońc. Raport Larson i jej współpracowników opisuje to jako pierwszą supermasywną czarną dziurę, jaką kiedykolwiek odkryto.

Podniecenie na planetach zewnętrznych

Miniony rok zaczął również pokazywać, że JWST jest, według słów astrofizyka Gartha Illingwortha, „centrum widmowym”. Udowodnił, że jest niesamowity w przechwytywaniu widm zbieranego światła, które niosą informacje o obserwowanym obiekcie.

Ta zdolność zaowocowała jednym z pierwszych dużych odkryć teleskopu: dwutlenkiem węgla w atmosferze olbrzymiej planety, WASP 39b, krążącej wokół odległej gwiazdy. Sama planeta nie jest widoczna przy obecnej technologii. Ale gdy przechodzi przed lub za swoją gwiazdą macierzystą, zmiany w świetle gwiazdy kodują informacje o atmosferze planety.

Aż do historii planety nikt nie dokonał definitywnego wykrycia dwutlenku węgla w atmosferze egzoplanety, powiedziała Nicole Colon, astrofizyk NASA.

„Kiedy po raz pierwszy zobaczyliśmy sygnaturę widmową tej cechy, była piękna” – powiedziała. „Uderzyło nas w twarz. To ogromny sygnał, który był świetny.”

Żeby było jasne, naukowcy patrzący na widma patrzą na graficzne przedstawienie danych, a nie rzeczywiste obrazy. Larson, która znalazła supermasywną czarną dziurę, była tak zdumiona obrazowaniem spektralnym jasnego obszaru centralnego w tej galaktyce, że według jej słów „nigdy nie pomyślałam, żeby spojrzeć na rzeczywiste obrazy z JWST”.

Wtedy Kartaltepe pokazał jej obraz galaktyki uzyskany przez teleskop. Co ciekawe, galaktyka ma trzy jasne punkty, z jednym szczególnie jasnym punktem pośrodku. To była supermasywna czarna dziura Larsona.

„Po prostu zaczęłam płakać” – powiedziała.