NASA is van plan om de eerste foto's vrij te geven die zijn gemaakt door de James Webb Space Telescope (JWST) op 12 juli 2022. Ze markeren het begin van het volgende tijdperk in de astronomie, aangezien Webb – de grootste ruimtetelescoop ooit gebouwd – zal beginnen met het verzamelen van wetenschappelijke gegevens die zullen helpen bij het beantwoorden van vragen over de vroegste momenten van het bestaan van het universum en astronomen in staat zullen stellen exoplaneten in meer detail te bestuderen dan ooit eerder. Maar het kostte bijna acht maanden reizen, instellen, testen en kalibreren om ervoor te zorgen dat deze meest waardevolle telescoop klaar was voor prime time.
De machtigste ruimte de telescoop zal, eenmaal in een baan om de aarde, verder de ruimte in turen - en dus verder terug in de tijd - dan enige eerdere technologie, waardoor astronomen de omstandigheden kunnen zien die bestonden kort na de oerknal.
Waar begint het allemaal voor de NASA-telescoop?
In ons Melkwegstelsel zal de telescoop werelden buiten het zonnestelsel verkennen - planeten buiten het zonnestelsel of exoplaneten - door hun atmosferen te bestuderen op tekenen van leven, zoals organische moleculen en water.
Na de succesvolle lancering van de James Webb-telescoop op 25 december 2021, begon het team aan het lange proces om het naar zijn definitieve baanpositie te brengen, de telescoop uit elkaar te halen en, zodra de zaken waren afgekoeld, de camera's en sensoren aan boord te kalibreren. De lancering verliep vlot. Een van de eerste dingen die NASA-wetenschappers opmerkten, was dat de telescoop meer brandstof aan boord had dan verwacht voor toekomstige aanpassingen aan zijn baan. Hierdoor zou Webb veel langer kunnen opereren dan het oorspronkelijke 10-jarige doel van de missie.
De eerste taak op Webb's maanreis naar zijn uiteindelijke locatie in een baan om de aarde was om de telescoop in te zetten. Het ging zonder problemen, te beginnen met het plaatsen van de zonneklep die de telescoop helpt koelen. Dan was er de uitlijning van de spiegels en het opnemen van sensoren. De camera's op Webby waren aan het afkoelen, precies zoals ingenieurs hadden voorspeld, en het eerste instrument dat het team aanzette was de Near Infrared Camera of NIRCam. NIRCam is ontworpen om het zwakke infraroodlicht te bestuderen dat wordt uitgezonden door de oudste sterren of sterrenstelsels in het universum. Maar wat nu?
Ook interessant:
Het vroege heelal in het infraroodbereik
Omdat licht een eindige hoeveelheid tijd nodig heeft om door de ruimte te reizen, kijken astronomen eigenlijk in het verleden wanneer ze naar objecten kijken. Het licht van de zon doet er ongeveer zeven minuten over om de aarde te bereiken, dus als we naar de zon kijken, zien we hem zoals hij zeven minuten geleden was.
We zien verre objecten zoals ze eeuwen of millennia geleden waren, en we observeren de meest verre objecten en sterrenstelsels zelfs vóór de vorming van de aarde, en tegen de tijd dat we ze zien, kunnen ze fundamenteel veranderd of zelfs vernietigd zijn.
JWST is zo krachtig dat het in staat zal zijn het universum te observeren zoals het ongeveer 13,6 miljard jaar geleden bestond, 200 miljoen jaar na de periode van aanvankelijke snelle inflatie die we de oerknal noemen. Dit is het oudste verleden waarin de mensheid ooit heeft gekeken. Wat JWST zo'n krachtig hulpmiddel maakt om het vroege heelal in beeld te brengen, is dat het zijn waarnemingen uitvoert in het infrarode gebied van het elektromagnetische spectrum.
Terwijl licht vanuit deze verre bronnen naar ons toe reist, rekt de versnellende uitdijing van het universum dat licht uit. Dit betekent dat, hoewel het licht van deze vroege sterren en sterrenstelsels vergelijkbaar is met dat van nabije sterren en sterrenstelsels, de golflengte ervan wordt "verschoven" naar het infrarode gebied van het elektromagnetische spectrum.
De verste en oudste sterrenstelsels
Een manier waarop het observatorium vroege sterrenstelsels kan identificeren, is door de zes meest verre en helderste quasars te observeren. Quasars bevinden zich in het centrum van actieve galactische kernen (AGN) en worden gevoed door superzware zwarte gaten. Ze zijn vaak helderder dan de straling van alle sterren in de melkweg waarin ze zich samen bevinden.
De quasars die door het JWST-team zijn geselecteerd, behoren tot de helderste, wat betekent dat de zwarte gaten die hen voeden, ook het krachtigste, meest consumerende – of liever aangroeiende – gas en stof zijn met de hoogste snelheid. Ze genereren enorme hoeveelheden energie die het omringende gas verwarmen en naar buiten duwen, waardoor krachtige jets ontstaan die door sterrenstelsels de interstellaire ruimte in schieten.
Naast het gebruik van quasars, die een merkbaar effect hebben op de omringende sterrenstelsels, om hun evolutie te begrijpen, zullen JWST-onderzoekers ook quasars gebruiken om een periode in de geschiedenis van het universum te bestuderen, het tijdperk van reïonisatie. Het was het moment waarop het universum het meest transparant werd en het licht vrij liet reizen. Dit gebeurde omdat het neutrale gas in het intergalactische medium werd geladen of geïoniseerd.
JWST gaat dit onderzoeken door heldere quasars als achtergrondlichtbronnen te gebruiken om het gas tussen ons en de quasar te bestuderen. Door te observeren welk licht door het interstellaire gas wordt geabsorbeerd, kunnen onderzoekers bepalen of het interstellaire gas neutraal of geïoniseerd is.
100 sterrenstelsels tegelijk
Een van de instrumenten die JWST zal gebruiken om het heelal te observeren, is de Near Infrared Spectrograph (NIRSpec). Dit instrument zal geen visueel verbluffende beelden produceren van de sterrenstelsels die het waarneemt, zoals de groothoekopname van duizenden sterrenstelsels gemaakt door de Hubble Ruimtetelescoop (hieronder afgebeeld). In plaats daarvan zal het belangrijke spectrografische informatie over deze sterrenstelsels opleveren, waardoor veel van hen tegelijk kunnen worden gezien.
De spectra van deze sterrenstelsels bevatten veel informatie, met name over de chemische samenstelling. Door deze composities te bestuderen, zullen onderzoekers zien hoe snel sterrenstelsels hun gassamenstelling in sterren kunnen omzetten en zo de evolutie van het universum beter kunnen begrijpen.
Om dit met de vereiste nauwkeurigheid te doen, moet een grote hoeveelheid licht worden geblokkeerd, en dit betekent meestal dat je één object tegelijk moet bestuderen. Sommige objecten die JWST wil bestuderen, zijn zo ver verwijderd dat hun licht ongelooflijk zwak is, wat betekent dat ze honderden uren moeten worden geobserveerd om genoeg gegevens te verzamelen om een spectraal beeld op te bouwen.
Gelukkig is NIRSpec uitgerust met een kwart miljoen individuele vensters met microshutters ter grootte van een mensenhaar, gerangschikt in een wafelpatroon. Dit betekent dat door het patroon van deze jaloezieën aan te passen, JWST in staat zal zijn om een groot aantal objecten in één weergave te observeren voor gelijktijdige observatie, en het is programmeerbaar voor elk veld van objecten in de lucht. Volgens schattingen van de NASA zal NIRSpec hierdoor gelijktijdig spectra van 100 observatoria kunnen verzamelen, iets wat geen enkele andere spectroscoop eerder kon.
Lees ook:
- 100 jaar kwantumfysica: van theorieën uit de jaren twintig tot computers
- 5 toekomstige ruimtemissies om over na te denken
Exoplaneten ter grootte van Jupiter
Sinds het midden van de jaren negentig en de ontdekking van een planeet die rond een zonachtige ster draait, is onze catalogus van exoplaneten uitgebreid tot nu meer dan 1990 bevestigde werelden. De meeste van deze werelden, waaronder de exoplaneet 4 Pegasi b, ontdekt door het Zwitserse team van Michel Maior en Didier Calo in 51, zijn hete Jupiters. Deze exoplaneten draaien in een dichte baan om hun sterren en voltooien doorgaans een revolutie in een paar uur, waardoor ze gemakkelijk te detecteren zijn met behulp van observatietechnieken voor exoplaneten.
Deze werelden zijn vaak getijdegebonden aan hun ster, wat betekent dat de ene kant, de eeuwige dagkant, erg heet is. Een treffend voorbeeld van zo'n wereld is WASP-121b, recentelijk waargenomen door de spectroscopische camera aan boord van Hubble. Iets groter dan Jupiter in ons zonnestelsel, verdampen ijzer en aluminium aan de dagzijde van deze planeet, en deze damp wordt door supersonische winden naar de nachtzijde gedragen. Terwijl deze elementen afkoelen, slaan ze neer als metaalregen, met de mogelijkheid dat een deel van het aluminium zich kan combineren met andere elementen en neerslaan als vloeibare robijn- en saffierregens.
De nabijheid van deze reuzenplaneten tot hun moederster kan ervoor zorgen dat getijdenkrachten ze de vorm van een rugbybal geven. Wat gebeurde er met de exoplaneet WASP-103b. Een deel van de rol van JWST vanaf zijn positie op een miljoen km van de aarde zal zijn om de omgevingen en atmosferen van deze agressieve planeten te bestuderen.
Super Aarde
Een andere categorie exoplaneten die de ruimtetelescoop zal gebruiken om te observeren, zijn de zogenaamde superaardes. Dit zijn werelden die 10 keer massiever kunnen zijn dan de aarde, maar toch lichter dan ijsreuzen zoals Neptunus of Uranus.
Superaardes hoeven niet per se rotsachtig te zijn, zoals onze planeet, maar kunnen bestaan uit gas of zelfs een mengsel van gas en gesteente. NASA zegt dat er in het bereik van 3 tot 10 aardmassa's een grote verscheidenheid aan planetaire samenstellingen kan zijn, waaronder waterwerelden, sneeuwbalplaneten of planeten die, net als Neptunus, voornamelijk uit dicht gas bestaan.
De eerste twee superaardes die onder de radar van NASA's JWST komen, zijn het met lava bedekte 55 Cancri e, dat een rotsachtige planeet lijkt te zijn op 41 lichtjaar afstand, en LHS 3844b, dat twee keer zo groot is als de aarde en lijkt te zijn. hebben een rotsachtig oppervlak, vergelijkbaar met de maan, maar verstoken van een significante atmosfeer.
Beide werelden lijken vrij ongeschikt voor het leven zoals we dat kennen, maar andere exoplaneten op verschillende plaatsen in de Melkweg die door JWST zullen worden bestudeerd, kunnen veelbelovender zijn.
Ook interessant:
- 10 raarste dingen die we leerden over zwarte gaten in 2021
- Terraforming Mars: kan de rode planeet veranderen in een nieuwe aarde?
TRAPPIST-1 systeem
Tijdens de eerste operationele cyclus zal de telescoop het TRAPPIST-1-systeem, dat zich op 41 lichtjaar van de aarde bevindt, nauwkeurig bestuderen. Wat dit in 2017 ontdekte planetenstelsel ongebruikelijk maakt, is het feit dat de zeven rotsachtige werelden zich in de activiteitszone van hun ster bevinden, waardoor het de grootste potentieel bewoonbare terrestrische wereld is die ooit is ontdekt.
Astronomen definiëren de bewoonbare zone rond een ster als het gebied waar de temperatuur vloeibaar water toelaat. Omdat dit gebied niet te warm en niet te koud is om vloeibaar water te laten bestaan, wordt het vaak de Goudlokje-zone genoemd.
In deze zone zijn betekent echter niet dat de planeet bewoonbaar is. Zowel Venus als Mars bevinden zich in de zone rond de zon, en geen van beide planeten kan het leven zoals we het begrijpen comfortabel ondersteunen vanwege andere omstandigheden. De Planetary Society suggereert dat andere factoren, zoals de kracht van de zonnewind, de dichtheid van de planeet, het overwicht van grote manen, de oriëntatie van de baan van de planeet en de rotatie van de planeet (of het schijnbare gebrek daaraan) sleutelfactoren kunnen zijn voor bewoonbaarheid.
Organische moleculen en planetaire geboorte
Een van de voordelen van het infraroodonderzoek van het universum door NASA's JWST is het vermogen om in dichte en massieve wolken van interstellair gas en stof te kijken. Hoewel dit misschien niet erg opwindend klinkt, wordt het vooruitzicht veel aantrekkelijker als je bedenkt dat dit de plaatsen zijn waar sterren en planeten worden geboren en sterrenkraamkamers worden genoemd.
Deze gebieden van de ruimte kunnen niet worden waargenomen in het zichtbare lichtspectrum omdat het stofgehalte ze ondoorzichtig maakt. Dit stof maakt echter de verspreiding van elektromagnetische straling in het infrarode golflengtebereik mogelijk. Dit betekent dat JWST in staat zal zijn om de dichte gebieden van deze gas- en stofwolken te bestuderen terwijl ze instorten en sterren vormen.
Daarnaast zal de ruimtetelescoop ook de schijven van stof en gas kunnen bestuderen die jonge sterren omringen en planeten baren. Het zou niet alleen kunnen laten zien hoe planeten zoals die in het zonnestelsel, inclusief de aarde, zich vormen, maar het zou ook kunnen laten zien hoe de organische moleculen die van vitaal belang zijn voor het leven, zijn verdeeld binnen deze protoplanetaire schijven.
En er is één sterrenkraamkamer waaraan gewerkt zal worden door onderzoekers die tijd hebben om met name JWST te observeren.
Lees ook:
- De rode planeet observeren: een geschiedenis van Martiaanse illusies
- Teleportatie vanuit een wetenschappelijk oogpunt en zijn toekomst
Zuilen van de schepping
De Zuilen van de Schepping zijn een van de helderste en mooiste kosmische bezienswaardigheden die ooit door de mensheid zijn afgebeeld. De Hubble Ruimtetelescoop, die de prachtige beelden van de Zuilen der Schepping (hieronder afgebeeld) vastlegde, was in staat om diep in deze lichtjaar hoge torens van gas en stof te kijken.
De ondoorzichtige kolommen - de Zuilen van de Schepping - bevinden zich in de Adelaarsnevel en 6500 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Slang en zijn locaties van intense stervorming. Om details van de stervormingsprocessen in de pilaren te verzamelen, observeerde Hubble ze in optisch en infrarood licht.
Infrarood licht is nodig om de processen te observeren die plaatsvinden binnen de Zuilen van de Schepping, omdat, net als bij andere kribbe, zichtbaar licht niet door het dichte stof van deze emissienevel kan dringen.
Hubble is geoptimaliseerd voor zichtbaar licht, maar slaagde er toch in om verbluffende infraroodbeelden van de pilaren te maken, waarop enkele van de jonge sterren te zien zijn die erin leven. Dat is wat het JWST-team enthousiast maakte: hun krachtige infrarood-ruimtetelescoop zou dit fascinerende gebied van de ruimte onthullen.
Jupiter, zijn ringen en manen
Een van de doelen van de ruimtetelescoop in het zonnestelsel zal de grootste planeet zijn, de gasreus Jupiter. Volgens NASA heeft een team van meer dan 40 onderzoekers een observatieprogramma ontwikkeld dat Jupiter, zijn ringsysteem en zijn twee manen: Ganymedes en Io zal bestuderen. Dit zal een van de eerste telescooponderzoeken in het zonnestelsel zijn, waarbij het moet worden gekalibreerd tegen de helderheid van de gasreus, terwijl het ook in staat is om het veel zwakkere ringsysteem te observeren.
Het JWST-team dat Jupiter gaat observeren, moet ook rekening houden met de 10-urige dag van de planeet. Hiervoor zouden afzonderlijke afbeeldingen aan elkaar moeten worden "genaaid" om een bepaald gebied van de vijfde planeet te bestuderen dat snel van de zon weg draait, zoals de Grote Rode Vlek - de grootste storm in het zonnestelsel, diep en breed genoeg om de hele aarde te verzwelgen .
Astronomen zullen proberen de reden voor de schommelingen in de temperatuur van de atmosfeer boven de Grote Rode Vlek beter te begrijpen, de kenmerken van de buitengewoon schemerige ringen van Jupiter, evenals de aanwezigheid van een vloeibare oceaan van zout water onder het oppervlak van Jupiter's maan Ganymedes.
Asteroïden en nabije aardse objecten
Een van de andere belangrijke rollen die JWST in het zonnestelsel zal spelen, is de studie van asteroïden en andere kleinere lichamen van het systeem in het infraroodbereik. De studie zal omvatten wat NASA classificeert als Near-Earth Objects (NEO's), dat zijn kometen en asteroïden die door de zwaartekracht van nabijgelegen planeten in banen zijn geduwd waardoor ze de buurt van de aarde kunnen binnendringen.
JWST zal waarnemingen doen van asteroïden en NEO's in het infraroodbereik, wat niet mogelijk is vanuit de atmosfeer van de aarde met behulp van telescopen op de grond of minder krachtige telescopen in de ruimte. Het doel van deze beoordelingen van asteroïden is om de absorptie en emissie van licht van het oppervlak van deze lichamen te bestuderen, wat zou moeten helpen om hun samenstelling beter te begrijpen. JWST stelt astronomen ook in staat om de vormen van asteroïden, hun stofgehalte en hoe ze gas uitstoten, beter te classificeren.
De studie van asteroïden is van vitaal belang voor wetenschappers die de geboorte van het zonnestelsel en zijn planeten 4,5 miljard jaar geleden willen begrijpen. Dit komt omdat ze zijn samengesteld uit "onbeschadigde" materialen die bestonden toen de planeten werden gevormd en die ontsnapten aan de zwaartekracht van kleinere planeetvormende lichamen.
Naast het bestuderen van de geboorte van planeten, sterren en de vroege momenten van sterrenstelsels zelf, laat deze missie opnieuw zien hoe JWST enkele van de meest fundamentele mysteries van de wetenschap zal oplossen.
Wat is het volgende?
Vanaf 15 juni 2022 zijn alle NASA Webb-instrumenten aangezet en zijn de eerste foto's gemaakt. Daarnaast zijn er vier beeldvormingsmodi, drie tijdreeksmodi en drie spectroscopische modi getest en gecertificeerd, waardoor er nog maar drie over zijn. Zoals eerder vermeld, is NASA van plan om op 12 juli een reeks teaserobservaties vrij te geven die de mogelijkheden van Webb illustreren. Ze zullen de schoonheid van de beelden van de ruimte laten zien en astronomen een idee geven van de kwaliteit van de gegevens die ze zullen ontvangen.
Na 12 juli begint de James Webb Space Telescope volledig aan zijn wetenschappelijke missie te werken. Het gedetailleerde schema voor volgend jaar is nog niet vrijgegeven, maar astronomen over de hele wereld wachten reikhalzend uit naar de eerste gegevens van de krachtigste ruimtetelescoop ooit gebouwd.
U kunt Oekraïne helpen vechten tegen de Russische indringers. De beste manier om dit te doen is door geld te doneren aan de strijdkrachten van Oekraïne via Red het leven of via de officiële pagina NBU.
Abonneer u op onze pagina's in Twitter dat Facebook.
Lees ook:
