Teleskop Webba dopiero się zaczyna

BALTIMORE – Do tej pory był to cukierek z nieba: ogrom czarnej przestrzeni pełen niezrozumiale odległych, niezrozumiałych plam światła. Widmowe obrazy Neptuna, Jowisza i innych sąsiadów, o których myśleliśmy, że już je znamy. Mgławice i galaktyki widziane przez przenikliwe podczerwone oczy Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.

Teleskop, nazwany na cześć Jamesa Webba, dyrektora NASA podczas lądowania Apollo na Księżycu, jest wspólnym projektem NASA, Europejskiej Agencji Kosmicznej i Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej. Wystartował w Boże Narodzenie rok temu – po dwóch dekadach kłopotów i 10 miliardach dolarów – wtedy misję obserwacji wszechświata W długościach fal, których ludzkie oko nie widzi. Z lustrem głównym o szerokości 21 stóp, Webb jest siedem razy potężniejszy niż jego poprzednik, Kosmiczny Teleskop Hubble’a. W zależności od metody obliczeń, jedna godzina czasu obserwacji na teleskopie może kosztować NASA 19 000 dolarów lub więcej.

Ale ani NASA, ani astronomowie nie zapłacili tych wszystkich pieniędzy i kapitału politycznego tylko za piękne zdjęcia — i nikt nie narzeka.

„Pierwsze zdjęcia to dopiero początek” – powiedziała Nancy Levinson, tymczasowa dyrektor Space Telescope Science Institute, który zarządza zarówno Webbem, jak i Hubble’em. „Potrzebne jest więcej, aby przekształcić to w prawdziwą naukę”.

Przez trzy grudniowe dni około 200 astronomów wypełniło salę w instytucie, aby wysłuchać i omówić pierwsze wyniki z teleskopu. Według organizatorów w sieci widziano około 300 dodatkowych osób. Wydarzenie było spóźnioną celebracją pomyślnego uruchomienia i otwarcia Webba oraz zapowiedzią jego świetlanej przyszłości.

Jeden po drugim astronomowie wchodzili na podium, rozmawiali szybko, aby zmieścić się w 12-minutowym limicie i wkroczyli w świat odkryć. Galaktyki, które nawet we względnej młodości wytworzyły już supermasywne czarne dziury. Badania atmosfery niektórych z siedmiu skalistych egzoplanet krążących wokół Trappist 1, czerwonego karła, który może zawierać planety nadające się do zamieszkania. (Dane sugerują, że co najmniej dwie egzoplanety nie mają masywnych atmosfer pierwotnego wodoru, które tłumiłyby życie, jakie znamy, ale mogą mieć słabe atmosfery gęstszych cząsteczek, takich jak woda lub dwutlenek węgla).

„Prowadzimy interesy” — oświadczył Bjorn Beneke z Uniwersytetu w Montrealu, dostarczając dane o egzoplanecie.

Megan Reiter z Rice University zabrała swoich kolegów na „głębokie nurkowanie” przez kosmiczne klify, pochmurne siedlisko formowania się gwiazd w konstelacji Carina, niegdyś ulubiony kawałek nieba. Śledzi, w jaki sposób dżety z nowych gwiazd, fale uderzeniowe i promieniowanie jonizujące z pobliskich, masywniejszych gwiazd narodzonych w wysokiej temperaturze nieustannie przekształcają kosmiczną geografię i powodują powstawanie nowych gwiazd.

„To może być model tego, przez co przeszło nasze słońce, kiedy się formowało” – powiedział dr Reiter w wywiadzie.

Pomiędzy prezentacjami, na uboczu iw korytarzach, najlepsi astronomowie, którzy byli obecni w 1989 r., kiedy po raz pierwszy rozważano pomysł teleskopu Webba, gratulują sobie nawzajem i opowiadają wojenne historie o rozwoju teleskopu. Głośno sapali, gdy dzieci prezentowały dane, które wysadziły w powietrze ich osiągnięcia za pomocą Hubble’a.

Jane Rigby, naukowiec zajmujący się projektem operacyjnym teleskopu, przypomniała sobie swój emocjonalny zamęt sprzed roku, kiedy teleskop był wreszcie bliski wystrzelenia. Instrument został zaprojektowany do rozwijania się w przestrzeni – złożony proces z 344 „pojedynczymi punktami awarii” – i tylko dr Rigby może je policzyć w kółko.

„Byłam w zaprzeczeniu”, powiedziała w Baltimore. Ale uruchomienie i wdrożenie przebiegły bezbłędnie. Teraz powiedziała: „Żyję snem”.

„Po prostu eksplodował” – powiedział Garth Illingworth, astronom z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, który w 1989 roku przewodniczył kluczowemu spotkaniu w Space Telescope Science Institute, które ostatecznie doprowadziło do Webba.

Na przyjęciu po pierwszym dniu spotkania, John Mather z Centrum Lotów Kosmicznych Goddard NASA i główny naukowiec Projektu Webb od samego początku wzniósł kieliszek za 20 000 ludzi, którzy zbudowali teleskop, 600 astronomów, którzy przetestowali go w kosmosie i nowej generacji naukowców, którzy będą z niej korzystać.

„Niektórzy z was nawet się nie urodzili, kiedy zaczęliśmy to planować” – powiedział. „Posiadać to!”

maszyna drogowa

Jak dotąd teleskop, wypełniony kamerami, spektrometrami i innymi instrumentami, przekroczył oczekiwania. (Jego moc analityczna jest dwukrotnie większa niż reklamowana). Dr Rigby informuje, że bezbłędne wystrzelenie teleskopu pozostawiło mu wystarczającą ilość paliwa do manewrowania, aby mógł działać przez 26 lat lub dłużej.

„To szczęśliwe liczby” — powiedziała, gdy ona i jej koledzy analizowali statystyki wydajności swoich maszyn. Dr Rigby ostrzegł, że instrumenty teleskopu wciąż są kalibrowane, więc liczby mogą się jeszcze zmienić. Przygotuj się do ponownego obliczenia wyników za naciśnięciem jednego przycisku, powiedziałem grupie astronomów w holu: „W przeciwnym razie znienawidzisz swoje życie”.

Być może największa jak dotąd niespodzianka Webba dotyczy wydarzeń na początku tysiąclecia wszechświata. Wygląda na to, że galaktyki tworzyły, generowały i zasilały gwiazdy szybciej niż oszacowały to modele kosmologiczne przetestowane w boju.

„W jaki sposób galaktyki posuwają się tak szybko?” – zapytał obecny dzisiaj Adam Riess, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki i kosmolog z Johns Hopkins University.

Eksploracja tej prowincji – „kosmicznej wiosny”, jak ją nazwał jeden z astronomów – jest celem kilku międzynarodowych projektów kolaboracyjnych pod akronimami, takimi jak JADES (Advanced Deep Extragalactic Survey), CEERS (Cosmic Evolution for Early Launch Science) i GLASS (Grism Lens z kosmosu) i PEARLS (Pierwotne regiony pozagalaktyczne dla nauki o rejonizacji i soczewkowaniu).

Widzenie w podczerwieni Webba ma kluczowe znaczenie dla tych wysiłków. W miarę rozszerzania się wszechświata odległe galaktyki i ciała niebieskie oddalają się od Ziemi tak szybko, że ich światło jest rozciągane i przekształcane w niewidzialne fale podczerwone. Po pewnym punkcie najodleglejsze galaktyki oddalają się tak szybko, a ich światło jest tak rozciągnięte, że nie jest widoczne nawet dla teleskopu Hubble’a.

Teleskop Webba został zaprojektowany do wykrywania i badania tych regionów, które reprezentują wszechświat mający zaledwie miliard lat, kiedy pierwsze galaktyki zaczęły rozkwitać gwiazdami.

„Potrzeba czasu, zanim materia ostygnie i stanie się wystarczająco gęsta, aby zapalić gwiazdy” — zauważyła Emma Curtis Lake z University of Hertfordshire i członkini zespołu JADES. Dodała, że ​​tempo formowania się gwiazd osiągnęło szczyt, gdy Wszechświat miał cztery miliardy lat i od tego czasu spada. Wszechświat ma obecnie 13,8 miliarda lat.

Astronomowie mierzą odległości kosmiczne za pomocą parametru zwanego przesunięciem ku czerwieni, który wskazuje, jak bardzo rozciągnięte jest światło pochodzące z odległego obiektu. Zaledwie kilka miesięcy temu przesunięcie ku czerwieni wynoszące 8, co odpowiada czasowi, w którym Wszechświat miał około 646 milionów lat, uznano za wysokie przesunięcie ku czerwieni. Dzięki dr Curtis Lake i jej współpracownikom standardowe przesunięcie ku czerwieni wynosi teraz 13,2, co odpowiada wiekowi Wszechświata zaledwie 325 milionów lat.

Dr Curtis-Lake i jej zespół skierowali teleskop na skrawek nieba zwany God’s South, szukając galaktyk, których Hubble nie mógł dostrzec. Rzeczywiście, było ich czterech, duchów we mgle Ciepła Stworzenia. Kolejne pomiary potwierdziły, że rzeczywiście cofała się w czasie.

„Nie chcieliśmy publicznie powiedzieć, że tak myśleliśmy” — powiedział Brant Robertson, członek JADES z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz.

Rekord nie utrzyma się długo. Zespół CEERS zgłosił kandydaturę na galaktykę Może mieć przesunięcie ku czerwieni równe 16ponieważ wszechświat miał zaledwie 250 milionów lat.

Eksperci już debatują, czy te przeciążone galaktyki ujawniają coś fundamentalnego i pomijanego w obecnych teoriach wczesnego Wszechświata. Być może jakieś pole lub wpływ zwiększyło w tym czasie grawitację, przyspieszając wzrost galaktyk i czarnych dziur. A może rozbieżności po prostu odzwierciedlają naukowy sceptycyzm co do chaotycznych szczegółów — „gastrofizyki” — powstawania gwiazd.

W ciągu ostatnich 20 lat astronomowie udoskonalili solidny „model standardowy” wszechświata złożonego z ciemnej energii, ciemnej materii i niewielkiej grupy materii atomowej. Jest za wcześnie, aby przełamać ten paradygmat, powiedział dr Curtis Lake w wywiadzie. Webb mógł mieć przed sobą trzy dekady inwigilacji. „Jesteśmy na wczesnym etapie” – powiedziała.

Końcowe przemówienie padło na doktora Mathera. Ograniczył historię teleskopu, zwracając się do Barbary Mikulski, byłej senator Maryland, która poparła projekt w 2011 roku, kiedy groziło mu anulowanie. Zapowiedział także kolejny wielki akt NASA: 12-metrowy teleskop kosmiczny o nazwie Habitable Worlds Observatory, który szuka i bada planety.

Powiedział: „Wszystko, co zrobiliśmy, było tego warte”. „Więc jesteśmy tutaj: to jest przyjęcie galowe, zerknij, co tu jest. To nie jest ostatnia rzecz, którą zamierzamy zrobić.”