Dobre wieści! Webb znów jest w pełni operacyjny

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba powrócił do pełnej aktywności naukowej. Jeden z instrumentów teleskopu, Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), był wyłączony od 15 stycznia z powodu błędu komunikacji. Na szczęście inżynierowie poradzili sobie z problemem i byli w stanie przywrócić instrument do pełnej sprawności.

NASA i CSA [Kanadyjska Agencja Kosmiczna] nawiązały współpracę, aby podejść do problemu tak technicznie, jak to możliwe, wykorzystując szczegółowe rozważenie wszystkich obszarów działania instrumentu.powiedziała Julie Van Campen, inżynier systemów Webb Integrated Science Instrument Module (ISIM) w NASA Goddard Space Flight Center, w aktualizacji wpisu na blogu.

Instrument, zbudowany przez CSA, został przywrócony do pełnej sprawności 31 stycznia. Problem zaczął się, gdy opóźnienie komunikacji w instrumencie naukowym spowodowało przekroczenie limitu czasu jego oprogramowania lotu. Inżynierowie ustalili, że przyczyną problemu było uderzenie galaktycznego promienia kosmicznego, formy wysokoenergetycznego promieniowania spoza Układu Słonecznego, które czasami może zakłócać systemy elektryczne. Van Campen powiedział, że napotykanie promieni kosmicznych jest normalną i oczekiwaną częścią obsługi każdego statku kosmicznego i że to zdarzenie promieni kosmicznych wpłynęło na logikę w półprzewodnikowych obwodach elektronicznych NIRISS, znanych jako Field Programmable Gate Array. Inżynierowie JWST ustalili, że ponowne uruchomienie instrumentu przywróci mu pełną funkcjonalność.

Przeanalizowali wszystkie możliwe metody bezpiecznego odzyskania elektroniki. Podczas przeprowadzania operacji przeprowadzano przeglądy na każdym etapie pośrednim. Z przyjemnością informujemy, że instrument NIRISS firmy Webb jest ponownie online i działa optymalnie.powiedziała.

NIRISS ma dwie możliwości: Wide-Field Slitless Spectroscopy, która polega na przechwytywaniu ogólnego widma szerokiego pola widzenia, takiego jak pole gwiazd, część pobliskiej galaktyki lub wiele galaktyk jednocześnie. Jej możliwości spektroskopii bezszczelinowej pojedynczego obiektu obejmują przechwytywanie widma pojedynczego jasnego obiektu, takiego jak gwiazda, w polu widzenia.

Chociaż JWST spisuje się znakomicie, nie jest to pierwszy problem techniczny, z jakim musieli się zmierzyć inżynierowie. Przeszedł w tryb awaryjny od 7 do 20 grudnia 2022 roku z powodu błędu oprogramowania w systemie kontroli położenia teleskopu. MIRI (Mid-Infrared Instrument) teleskopu również na krótko przestał działać we wrześniu zeszłego roku z powodu zwiększonego tarcia w jednym z mechanizmów MIRI w trybie spektroskopii średniej rozdzielczości (MRS). Inżynierowie byli w stanie zdalnie naprawić i opracować obejścia wszystkich dotychczasowych problemów.

Astronomowie określają wiek najdalszej galaktyki, na 367 milionów lat po Wielkim Wybuchu

Wpatrywanie się w przeszłość za pomocą Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba w nadziei na znalezienie wyjątkowo słabych sygnałów z najwcześniejszych galaktyk może wydawać się zadaniem straconym. Ale szkoda tylko wtedy, gdy ich nie znajdziemy. Teraz, gdy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba znalazł te sygnały, ćwiczenie zmieniło się z beznadziejnego w pełne nadziei. Ale tylko wtedy, gdy astronomowie będą w stanie potwierdzić sygnały.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) został zbudowany, aby cofać się w czasie i identyfikować pierwsze galaktyki we Wszechświecie. Obserwacje te mają na celu stworzenie powiązania między starożytnymi galaktykami a galaktykami, które widzimy teraz, w tym naszą własną. To powiązanie pomoże astronomom zrozumieć, w jaki sposób galaktyki takie jak nasza powstawały i ewoluowały przez miliardy lat.

Ekspansja Wszechświata rozciąga światło emitowane przez starożytne obiekty miliardy lat temu. Rozciąganie przesuwa światło w kierunku czerwonego końca widma światła widzialnego. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba został zbudowany, aby zobaczyć to światło i zidentyfikować starożytne galaktyki, które je emitowały. Badanie GLASS przeprowadzone przez teleskop dotarło do sedna problemu. Wykorzystał gromadę galaktyk zwaną Pandora’s Cluster (Abell 2744) jako soczewkę grawitacyjną do powiększenia odległych galaktyk znajdujących się za nią i znalazł 19 jasnych obiektów, które wydają się być wczesnymi galaktykami.

Inne wczesne wyniki naukowe z JWST wykazały więcej obiektów, które wydają się być starożytnymi galaktykami. Razem te odkrycia są róg obfitości obserwacji naukowych. Mając na uwadze te odkrycia, astronomowie postanowili kilkadziesiąt lat temu zbudować JWST. Ale jest problem: nasze teorie i modele formowania się galaktyk sugerują, że tych najwcześniejszych galaktyk nie powinno być tak wiele. Ustalenia JWST wymagały potwierdzenia.

Zespół naukowców wykorzystał należącą do ESO ALMA (Atakama Large Millimeter/sub-millimeter Array) do zbadania kandydującej galaktyki z GLASS i spróbowania jej potwierdzenia. Ich praca nosi tytuł „Deep ALMA redshift search of az ~ 12 GLASS-JWST galaxy Candidate ” i została opublikowana w Monthly Notices of the Royal Astronomy Society. Głównym autorem jest Tom Bakx z Nagoya University.

Do tej pory żadna z kandydujących starożytnych galaktyk JWST nie została potwierdzona. Dopóki astronomowie ich nie potwierdzą, jesteśmy w kropce. W jednym ze swoich artykułów Starts With A Bang w Big Think astrofizyk Ethan Siegel wymownie zwrócił na to uwagę.

Gdyby wszyscy kandydaci na bardzo odległe galaktyki byli prawdziwi, mielibyśmy ich zbyt wielu zbyt wcześnie, co zmusiłoby nas do ponownego przemyślenia, w jaki sposób galaktyki zaczynają się formować we Wszechświecie. Ale możemy się całkowicie oszukiwać i nie będziemy wiedzieć na pewno, mając tylko nasze aktualne dane. Istnieje ogromna różnica między światłem emitowanym przez odległą galaktykę a światłem, które dociera do naszych oczu po przebyciu miliardów lat świetlnych przez Wszechświat.pisze Siegel.

Potrzebne były dalsze obserwacje, aby potwierdzić któregokolwiek z tych starożytnych kandydatów, i właśnie to zebrał ten zespół naukowców.

Pierwsze zdjęcia z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba ujawniły tak wiele wczesnych galaktyk, że poczuliśmy, że musimy przetestować ich wyniki przy użyciu najlepszego obserwatorium na Ziemi.powiedział główny autor Bakx w komunikacie prasowym.

Wybrali galaktykę o nazwie GHZ2/GLASS-z12, jedną z najjaśniejszych i najsilniejszych kandydatek na z > 10, zgodnie z obserwacjami JWST. z > 10 oznacza, że ​​światło z galaktyki podróżuje od ponad 13,184 miliarda lat i przebyło odległość co najmniej 26,596 miliarda lat świetlnych. Jak zauważył Siegel w swoim artykule, wiele może się stać ze światłem, które podróżuje ponad 26 miliardów lat świetlnych, zanim do nas dotrze.

Potrzebna jest spektroskopia, aby potwierdzić pierwotną naturę tych kandydatów.piszą autorzy w swoim artykule.

Możliwe, że światło niektórych z tych galaktyk jest czerwone z powodu pyłu, a nie odległości, a spektroskopia może pomóc w rozróżnieniu tych dwóch galaktyk. Zwrócili się do ALMA , obecnie działającego najdroższego naziemnego teleskopu na świecie.

Użyli go do poszukiwania linii tlenu (O III) w spektroskopii na tej samej częstotliwości, co w obserwacjach JWST. O III jest podwójnie zjonizowanym tlenem i jest kluczowy, ponieważ tlen ma krótki czas tworzenia w stosunku do innych pierwiastków. Skupienie się na tlenie zwiększało prawdopodobieństwo wykrycia.

Gwiazdy mogą generować tlen w krótkiej skali czasowej 50 Myr. Inne pierwiastki, takie jak na przykład węgiel, potrzebują prawie 500 milionów dolarów, aby pojawić się w galaktyce. Oznacza to, że zdaniem autorów, tlen jest generalnie najlepszym wskaźnikiem przesunięcia ku czerwieni i prawdopodobnie najjaśniejszą linią emisyjną we wczesnym Wszechświecie.

otwierdzenie ALMA nie było jednak natychmiastowe. Nastąpiło niewielkie przesunięcie sygnału tlenu między obserwacjami JWST i ALMA.

Początkowo byliśmy zaniepokojeni niewielką różnicą położenia między wykrytą linią emisji tlenu a galaktyką widzianą przez Webba. Ale przeprowadziliśmy szczegółowe testy obserwacji, aby potwierdzić, że jest to naprawdę solidne wykrycie i bardzo trudno to wyjaśnić za pomocą jakiejkolwiek innej interpretacji.zauważa autor Tom Bakx

Obserwacje nie tylko potwierdzają wiek galaktyki, rzucają również światło na jej metaliczność. Pokazują, że do tego czasu żyła i umarła wystarczająca liczba gwiazd, aby wzbogacić galaktykę pierwiastkami takimi jak tlen. „Emisja jasnej linii wskazuje, że ta galaktyka szybko wzbogaciła swoje zbiorniki gazu pierwiastkami cięższymi niż wodór i hel. To daje nam pewne wskazówki na temat formowania się i ewolucji gwiazd pierwszej generacji oraz ich życia” – powiedział współautor opracowania, Jorge Zavala z National Astronomical Observatory of Japan.

Obserwacje zawierają również inną kuszącą wskazówkę. Przynajmniej niektóre z gwiazd, które żyły i umierały oraz zapełniały galaktykę metalami, mogły eksplodować jako supernowe.

Mała separacja, którą obserwujemy między gazowym tlenem a emisją gwiazd może również sugerować, że te wczesne galaktyki ucierpiały w wyniku gwałtownych eksplozji, które wyrzuciły gaz z centrum galaktyki do regionu otaczającego galaktykę, a nawet poza nią.dodał Zavala.

Znalezienie najwcześniejszych galaktyk we Wszechświecie było główną motywacją JWST, a jak pokazuje to badanie, robi postępy. Rośnie liczba kandydujących na wczesne galaktyki oczekujących na potwierdzenie, a jeśli zgodnie z oczekiwaniami zostanie potwierdzonych więcej z nich, astronomowie będą musieli przerwać pracę, wyjaśniając je i aktualizując modele formowania się galaktyk.

Ale to dobrze, według Zavali. Kiedy naukowcy są zmuszeni aktualizować swoje modele z powodu nowych dowodów, nasze zrozumienie rośnie. Ta praca pokazuje, jak ALMA i JWST mogą współpracować, aby poszerzyć naszą wiedzę.

Doszliśmy do wniosku, że ALMA i JWST są wysoce synergiczne i razem powinny zrewolucjonizować nasze rozumienie powstawania i ewolucji wczesnych galaktyk.konkludują autorzy w swoim artykule.

Te głębokie obserwacje ALMA dostarczają solidnych dowodów na istnienie galaktyk w ciągu pierwszych kilkuset milionów lat po Wielkim Wybuchu i potwierdzają zaskakujące wyniki obserwacji Webba. Prace JWST dopiero się rozpoczęły, ale już dostosowujemy nasze modele formowania się galaktyk we wczesnym Wszechświecie, aby pasowały do ​​tych obserwacji. Połączona moc Webba i sieci radioteleskopów ALMA daje nam pewność, że możemy przesuwać nasze kosmiczne horyzonty coraz bliżej świtu Wszechświata.powiedział Zavala.

Webb zidentyfikował zamrożone formy szerokiej gamy cząsteczek, w tym dwutlenku węgla, amoniaku i metanu

Międzynarodowy zespół astronomów korzystający z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba poinformował o odkryciu różnorodnych lodów w najciemniejszych obszarach zimnego obłoku molekularnego. Ten wynik pozwala astronomom zbadać proste cząsteczki lodu, które zostaną włączone do przyszłych egzoplanet, jednocześnie otwierając nowe okno na pochodzenie bardziej złożonych cząsteczek, które są pierwszym krokiem w tworzeniu cegiełek życia.

Jeśli planeta ma być nadającą się do zamieszkania, lód jest niezbędnym składnikiem, ponieważ jest głównym źródłem kilku kluczowych pierwiastków — mianowicie węgla, wodoru, tlenu, azotu i siarki (określanych tutaj jako CHONS). Pierwiastki te są ważnymi składnikami zarówno atmosfer planetarnych, jak i cząsteczek, takich jak cukry, alkohole i proste aminokwasy.

Międzynarodowy zespół astronomów korzystający z należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba uzyskał dogłębną inwentaryzację najgłębszych i najzimniejszych lodów zmierzonych do tej pory w obłoku molekularnym. Oprócz prostych lodów, takich jak woda, zespół był w stanie zidentyfikować zamrożone formy szerokiej gamy cząsteczek, od siarczku karbonylu, amoniaku i metanu, po najprostszą złożoną cząsteczkę organiczną, metanol. (Naukowcy uznali, że molekuły organiczne są złożone, gdy mają sześć lub więcej atomów.) Jest to najobszerniejszy jak dotąd spis składników lodu dostępnych do tworzenia przyszłych generacji gwiazd i planet, zanim zostaną one ogrzane podczas formowania się młodych gwiazd.

Nasze wyniki dostarczają informacji na temat początkowego, ciemnego etapu chemicznego formowania się lodu na ziarnach pyłu międzygwiezdnego, które przekształcą się w centymetrowe kamyczki, z których w dyskach formują się planety. Te obserwacje otwierają nowe okno na ścieżki powstawania prostych i złożonych cząsteczek, które są potrzebne do stworzenia cegiełek życia.powiedziała Melissa McClure, astronom z Leiden Observatory w Netherlands, który jest głównym badaczem programu obserwacyjnego i głównym autorem artykułu opisującego ten wynik.

Oprócz zidentyfikowanych molekuł zespół znalazł dowody na istnienie molekuł bardziej złożonych niż metanol i chociaż nie przypisano definitywnie tych sygnałów konkretnym molekułom, dowodzi to po raz pierwszy, że złożone molekuły tworzą się w lodowych głębinach obłoków molekularnych zanim narodzą się gwiazdy.

Nasza identyfikacja złożonych cząsteczek organicznych, takich jak metanol i potencjalnie etanol, sugeruje również, że wiele układów gwiezdnych i planetarnych rozwijających się w tym konkretnym obłoku odziedziczy cząsteczki w dość zaawansowanym stanie chemicznym. Może to oznaczać, że obecność prekursorów molekuł prebiotycznych w układach planetarnych jest częstym skutkiem formowania się gwiazd, a nie unikalną cechą naszego Układu Słonecznego.dodał Will Rocha, astronom z Leiden Observatory, który przyczynił się do do tego odkrycia.

Wykrywając zawierający siarkę lodowy siarczek karbonylu, naukowcy byli w stanie po raz pierwszy oszacować ilość siarki osadzonej w lodowych ziarnach przedgwiezdnego pyłu. Chociaż zmierzona ilość jest większa niż poprzednio obserwowana, to nadal jest mniejsza niż całkowita ilość spodziewana w tej chmurze, w oparciu o jej gęstość. Dotyczy to również innych elementów CHONS. Kluczowym wyzwaniem dla astronomów jest zrozumienie, gdzie ukrywają się te pierwiastki: w lodzie, materiałach sadzy lub skałach. Ilość CHONS w każdym rodzaju materiału określa, ile z tych pierwiastków trafia do atmosfery egzoplanet, a ile do ich wnętrz.

Fakt, że nie widzieliśmy wszystkich CHONS, których się spodziewamy, może wskazywać, że są one zamknięte w bardziej skalistych lub sadzonych materiałach, których nie możemy zmierzyć. Mogłoby to pozwolić na większą różnorodność składu masowego planety ziemskie.wyjaśnił McClure.

Charakterystykę chemiczną lodów przeprowadzono poprzez zbadanie, w jaki sposób światło gwiazd spoza obłoku molekularnego było pochłaniane przez cząsteczki lodu w obłoku w określonych długościach fal podczerwieni widocznych dla Webba. Proces ten pozostawia chemiczne odciski palców znane jako linie absorpcyjne, które można porównać z danymi laboratoryjnymi, aby określić, które lody są obecne w chmurze molekularnej. W tym badaniu zespół skupił się na lodach zakopanych w szczególnie zimnym, gęstym i trudnym do zbadania regionie obłoku molekularnego Chamaeleon I, regionie oddalonym o około 500 lat świetlnych od Ziemi, w którym obecnie formują się dziesiątki młodych gwiazdy.

Po prostu nie moglibyśmy zaobserwować tych lodów bez Webba. Lody pojawiają się jako spadki na tle kontinuum światła gwiazd w tle. W regionach, które są tak zimne i gęste, większość światła gwiazdy tła jest blokowana, a znakomita czułość Webba była niezbędna do wykrycia światła gwiazdy, a tym samym zidentyfikowania lodu w obłoku molekularnym.rozwinął Klaus Pontoppidan, naukowiec projektu Webb w Space Telescope Science Institute w Baltimore w stanie Maryland, który był zaangażowany w te badania.

Badania te stanowią część projektu Ice Age , jednego z 13 programów Early Release Science firmy Webb . Obserwacje te mają na celu zademonstrowanie możliwości obserwacyjnych Webba i umożliwienie społeczności astronomicznej nauczenia się, jak najlepiej wykorzystać jego instrumenty. Zespół zajmujący się epoką lodowcową zaplanował już dalsze obserwacje i ma nadzieję prześledzić podróż lodów od ich powstania do gromadzenia się lodowych komet.

To tylko pierwsze z serii spektralnych zdjęć, które uzyskamy, aby zobaczyć, jak lód ewoluuje od ich początkowej syntezy do obszarów formowania się komet dysków protoplanetarnych. To powie nam, jaka mieszanina lodu – a zatem które pierwiastki – może ostatecznie zostać dostarczona na powierzchnie egzoplanet typu ziemskiego lub włączona do atmosfer gigantycznych planet gazowych lub lodowych.podsumowuje McClure.

Webb odkrywa powstające gwiazdy w zakurzonych wstęgach gromady

NGC 346, jeden z najbardziej dynamicznych obszarów gwiazdotwórczych w pobliskich galaktykach, jest pełen tajemnic. NCG 346 znajduje się w Małym Obłoku Magellana (SMC), galaktyce karłowatej blisko naszej Drogi Mlecznej, która widoczna jest na południowej półkuli. SMC zawiera niższe stężenia pierwiastków cięższych niż wodór czy hel, które astronomowie nazywają metalami, w porównaniu z Drogą Mleczną. Ponieważ ziarna pyłu w kosmosie składają się głównie z metali, naukowcy spodziewali się, że będzie ich mało i że będą trudne do wykrycia. Nowe dane z Webba pokazują coś przeciwnego.

Astronomowie badali ten region, ponieważ warunki i ilość metali w SMC przypominają te obserwowane w galaktykach miliardy lat temu, w epoce we Wszechświecie znanej jako „kosmiczne południe”, kiedy formowanie się gwiazd było u szczytu. Około 2 do 3 miliardów lat po Wielkim Wybuchu galaktyki tworzyły gwiazdy w zawrotnym tempie. Fajerwerki formowania się gwiazd, które wtedy miały miejsce, nadal kształtują galaktyki, które widzimy wokół nas dzisiaj.

Galaktyka podczas kosmicznego południa nie miałaby jednej NGC 346, tak jak Mały Obłok Magellana; miałby tysiące regionów gwiazdotwórczych, takich jak ten. Ale nawet jeśli NGC 346 jest teraz jedyną masywną gromadą wściekle tworzącą gwiazdy w swojej galaktyce, daje nam to doskonałą okazję do zbadania warunków panujących w kosmiczne południe.powiedziała Margaret Meixner, astronom z Universities Space Research Association i główny badacz zespołu badawczego.

Obserwując protogwiazdy, które wciąż się formują, naukowcy mogą dowiedzieć się, czy proces powstawania gwiazd w SMC różni się od tego, który obserwujemy w naszej własnej Drodze Mlecznej. Poprzednie badania NGC 346 w podczerwieni koncentrowały się na protogwiazdach cięższych od około 5 do 8 mas Słońca.

Dzięki Webb’owi możemy sondować protogwiazdy o mniejszej wadze, tak małe jak jedna dziesiąta Słońca, aby sprawdzić, czy na ich proces formowania ma wpływ niższa zawartość metali.powiedziała Olivia Jones z United Kingdom Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, współbadacz programu.

Gdy gwiazdy się formują, gromadzą gaz i pył, które na zdjęciach Webba mogą wyglądać jak wstęgi z otaczającego je obłoku molekularnego. Materiał gromadzi się na dysku akrecyjnym, który zasila centralną protogwiazdę. Astronomowie wykryli gaz wokół protogwiazd w NGC 346, ale obserwacje Webba w bliskiej podczerwieni wskazują, że po raz pierwszy wykryli również pył w tych dyskach.

Widzimy elementy budulcowe, nie tylko gwiazd, ale potencjalnie także planet. A ponieważ Mały Obłok Magellana ma podobne środowisko do galaktyk podczas kosmicznego południa, możliwe jest, że skaliste planety mogły powstać we wszechświecie wcześniej niż myśleliśmy.powiedział Guido De Marchi z Europejskiej Agencji Kosmicznej, współbadacz w zespole badawczym.

Zespół posiada również obserwacje spektroskopowe z instrumentu Webba NIRSpec, które nadal analizuje. Oczekuje się, że dane te dostarczą nowych informacji na temat akrecji materii na poszczególnych protogwiazdach, a także środowiska bezpośrednio otaczającego protogwiazdę.