Webb odkryje bogactwo wczesnego Wszechświata

Wszechświat był zupełnie innym miejscem przez kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu. Nie był jeszcze przezroczysta jak dzisiaj – gaz neutralny sprawił, że był półprzezroczysty. Jest to okres, w którym zaczęły powstawać pierwsze galaktyki we Wszechświecie. Teleskopy wykryły wiele odległych galaktyk – ale nie wcześniej niż 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Jakie były galaktyki, które istniały jeszcze wcześniej? Dwa zespoły badawcze korzystające z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba będą posługiwać się jego najnowocześniejszymi instrumentami, aby po raz pierwszy ujawnić niezliczoną liczbę szczegółów na temat tego wczesnego okresu we wszechświecie i zrewidować to, co wiemy o niektórych z najwcześniejszych rozdziałów ewolucji galaktyk.

Przez dziesiątki lat teleskopy pomagały nam uchwycić światło galaktyk, które uformowały się już 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu – niezwykle wcześnie w kontekście 13,8-miliardowej historii Wszechświata. Ale jak wyglądały galaktyki, które istniały jeszcze wcześniej, gdy Wszechświat był półprzezroczysty na początku okresu znanego jako Era Rejonizacji? Następne flagowe obserwatorium NASA, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, ma szansę wzbogacić nasze bogactwo wiedzy nie tylko o obrazy galaktyk, które istniały już kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu, ale także o szczegółowe dane, znane jako widma. Dzięki obserwacjom Webba naukowcy będą mogli po raz pierwszy dowiedzieć się o budowie i składzie poszczególnych galaktyk we wczesnym Wszechświecie.

Badanie NGDEEP (Next Generation Deep Extragalactic Exploratory Public), prowadzone przez Stevena L. Finkelsteina, profesora nadzwyczajnego na Uniwersytecie Teksańskim w Austin, będzie dotyczyło tych samych dwóch regionów, które tworzą Ultragłębokie Pole Hubble’a – miejsca w gwiazdozbiorze Fornaxa, gdzie Hubble spędził ponad 11 dni, wykonując głębokie ekspozycje. Aby wykonać swoje obserwacje, Kosmiczny Teleskop Hubble’a celował w pobliskie obszary nieba jednocześnie za pomocą dwóch instrumentów – nieco przesuniętych względem siebie – znanych jako pole główne i pole równoległe.

W przypadku Webba mamy taką samą przewagę. Używamy dwóch instrumentów naukowych jednocześnie i będą one obserwować w sposób ciągły.wyjaśnia Finkelstein.

Skierują oni Webb’s Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) na główne Ultragłębokie Pole Hubble’a, a Webb’s Near-Infrared Camera (NIRCam) na pole równoległe, uzyskując dwa razy więcej korzyści z czasu pracy teleskopu.

W przypadku obrazowania za pomocą NIRCam, obserwacje będą trwały ponad 125 godzin. Z każdą upływającą minutą będą uzyskiwać coraz więcej informacji z coraz głębszych zakątków Wszechświata. Czego szukają? Jednych z najwcześniej powstałych galaktyk.

Mamy naprawdę dobre dane z Hubble’a, że galaktyki istniały w czasie 400 milionów lat po wielkim wybuchu. Te, które widzimy za pomocą Hubble’a, są dość duże i bardzo jasne. Jest bardzo prawdopodobne, że istnieją mniejsze, słabsze galaktyki, które uformowały się jeszcze wcześniej i czekają na odkrycie.powiedział Finkelstein.

Program ten wykorzysta tylko około jedną trzecią czasu, jaki Hubble poświęcił do tej pory na podobne badania. Dlaczego? Po części dlatego, że instrumenty Webba zostały zaprojektowane do rejestrowania światła podczerwonego. Światło podróżując w przestrzeni kosmicznej w naszym kierunku, rozciąga się na dłuższe, bardziej czerwone fale z powodu rozszerzania się Wszechświata.

Webb pomoże nam przesunąć wszystkie granice. Zamierzamy natychmiast udostępnić te dane, aby wszyscy badacze mogli z nich skorzystać.powiedziała Jennifer Lotz, współautorka projektu i dyrektor Obserwatorium Gemini, będącego częścią NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) Narodowej Fundacji Nauki.

Badacze ci skupią się również na określeniu zawartości metali w każdej galaktyce, szczególnie w mniejszych i ciemniejszych galaktykach, które nie zostały jeszcze dokładnie zbadane – szczególnie przy pomocy widm dostarczanych przez instrument NIRISS Webba.

Jednym z podstawowych sposobów śledzenia ewolucji w czasie kosmicznym jest ilość metali znajdujących się w galaktyce.wyjaśnia Danielle Berg, adiunkt na Uniwersytecie Teksańskim w Austin i współinwestor projektu.

Na początku istnienia wszechświata istniały tylko wodór i hel. Nowe pierwiastki powstawały w kolejnych pokoleniach gwiazd. Dzięki skatalogowaniu zawartości każdej galaktyki naukowcy będą mogli dokładnie określić, kiedy istniały różne pierwiastki i zaktualizować modele przewidujące ewolucję galaktyk we wczesnym wszechświecie.

Inny program, prowadzony przez Michaela Masedę, adiunkta na Uniwersytecie Wisconsin-Madison, będzie badał główne Ultragłębokie Pole Hubble’a za pomocą matrycy mikroostrzy w Webb’s Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec). Instrument ten zwraca widma dla konkretnych obiektów w zależności od tego, które z miniaturowych migawek zostaną otwarte przez naukowców.

Galaktyki te istniały w ciągu pierwszych miliardów lat historii Wszechświata, o których do tej pory mamy bardzo mało informacji. Webb dostarczy pierwszą dużą próbkę, która da nam szansę na ich szczegółowe zrozumienie.wyjaśnia Maseda.

Wiemy o istnieniu tych galaktyk dzięki szeroko zakrojonym obserwacjom, które ten zespół – wraz z międzynarodowym zespołem badawczym – przeprowadził za pomocą naziemnego instrumentu Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) należącego do Bardzo Dużego Teleskopu. Chociaż MUSE pełni rolę “zwiadowcy”, identyfikując mniejsze, słabsze galaktyki w tym głębokim polu, Webb będzie pierwszym teleskopem, który w pełni scharakteryzuje ich skład chemiczny.

Te niezwykle odległe galaktyki mają ważne implikacje dla naszego zrozumienia, w jaki sposób galaktyki formowały się we wczesnym Wszechświecie.

Webb otworzy nową przestrzeń dla odkryć. Jego dane pomogą nam dokładnie dowiedzieć się, co dzieje się podczas formowania galaktyk, w tym jakie metale zawierają, jak szybko rosną i czy mają już czarne dziury.wyjaśnia Anna Feltre, pracownik naukowy Narodowego Instytutu Astrofizyki we Włoszech i współinwestor.
info: NASA Webbtelescope.org

_______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę
Postaw mi kawę na buycoffee.to

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest wreszcie gotowy do prowadzenia badań naukowych — i widzi wszechświat wyraźniej, niż oczekiwali nawet jego inżynierowie

NASA ma opublikować pierwsze zdjęcia wykonane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba 12 lipca 2022 roku. Będą one oznaczać początek następnej ery w astronomii, gdy Webb — największy teleskop kosmiczny, jaki kiedykolwiek zbudowano — zacznie zbierać dane naukowe, które pomogą odpowiedzieć na pytania dotyczące najwcześniejszych momentów Wszechświata i pozwolą astronomom badać egzoplanety bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek wcześniej . Jednak podróż, konfiguracja, testowanie i kalibracja zajęły prawie osiem miesięcy, aby upewnić się, że ten najcenniejszy z teleskopów jest gotowy na rozpoczęcie regularnej pracy.

Co się wydarzyło od wystrzelenia teleskopu?

Po udanym wystrzeleniu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba 25 grudnia 2021 r. zespół rozpoczął długi proces umieszczania teleskopu na jego ostateczną pozycję orbitalną, rozkładania teleskopu i gdy wszystko się osiągnęło wymaganą temperaturę, kalibracji kamer i czujników na pokładzie. Start przebiegł tak gładko, jak tylko może to być start rakiety. Jedną z pierwszych rzeczy, które zauważyli inżynierowie z NASA, było to, że teleskop miał na pokładzie więcej paliwa, niż przewidywano, aby dokonać przyszłych korekt swojej orbity. Pozwoli to Webbowi działać znacznie dłużej niż początkowy cel misji na 10 lat.

Pierwszym zadaniem podczas miesięcznej podróży Webba do jego ostatecznej lokalizacji na orbicie było rozłożenie teleskopu. Poszło to bez żadnych problemów, zaczynając od rozłożenia białej osłony przeciwsłonecznej, która pomaga schłodzić teleskop, a następnie wyrównania luster i włączenia czujników. Gdy osłona przeciwsłoneczna była otwarta, zespół obsługi zaczął monitorować temperatury czterech kamer i spektrometrów na pokładzie, czekając, aż osiągną wystarczająco niskie temperatury, abyśmy mogli rozpocząć testowanie każdego z 17 różnych trybów, w których przyrządy mogą działać.

Co przetestowano jako pierwsze?

Kamery na Webbie ostygły tak, jak przewidywali inżynierowie, a pierwszym instrumentem, który włączył zespół, była kamera bliskiej podczerwieni — czyli NIRCam. Kamera NIRCam została zaprojektowana do badania słabego światła podczerwonego wytwarzanego przez najstarsze gwiazdy lub galaktyki we Wszechświecie. Ale zanim mógł to zrobić, NIRCam musiał pomóc wyrównać 18 poszczególnych segmentów lustra Webba. Gdy kamera NIRCam schłodziła się do minus 280 stopni Fahrenheita, było wystarczająco zimno, aby zacząć wykrywać światło odbijające się od segmentów zwierciadła Webba i tworzyć pierwsze obrazy teleskopu. Zespół NIRCam był zachwycony, gdy pojawił się pierwszy obraz świetlny.

W tym czasie uruchomiono również czujnik precyzyjnego prowadzenia Webb. Ten czujnik pomaga utrzymać teleskop w stałym nakierowaniu na cel — podobnie jak stabilizacja obrazu w konsumenckich aparatach cyfrowych. Wykorzystując gwiazdę HD84800 jako punkt odniesienia, zespół NIRCam pomogli ustawić wyrównanie segmentów lustra, aż było praktycznie idealne, znacznie lepsze niż minimum wymagane do udanej misji.

Jakie czujniki ożyły później?

Gdy wyrównanie zwierciadła zakończyło się 11 marca, spektrograf bliskiej podczerwieni — NIRSpec — oraz skaner bliskiej podczerwieni i spektrograf bez szczeliny — NIRISS — zakończyły chłodzenie i dołączyły do ​​pracy. NIRSpec jest przeznaczony do pomiaru natężenia światła o różnych długościach pochodzącego od obserwowanego obiektu. Informacje te mogą ujawnić skład i temperaturę odległych gwiazd i galaktyk. NIRSpec robi to, patrząc na swój obiekt przez szczelinę, która zatrzymuje inne długości światła. Przyrządy NIRSpec posiadają wiele szczelin, które pozwalają na jednoczesny podgląd 100 obiektów. Członkowie zespołu rozpoczęli od testowania trybu wielu celów, nakazując otwieranie i zamykanie szczelin, po czym potwierdzili, że szczeliny prawidłowo reagowały na polecenia. Kolejne kroki będą mierzyć dokładnie, gdzie wskazują szczeliny i sprawdzać, czy wiele celów można obserwować jednocześnie.

NIRISS to spektrograf bez szczelin, który również rozbija światło na różne długości fal, ale lepiej sprawdza się w obserwowaniu wszystkich obiektów w polu, a nie tylko tych na szczelinach. Ma kilka trybów, w tym dwa zaprojektowane specjalnie do badania egzoplanet znajdujących się szczególnie blisko ich gwiazd macierzystych. Jak dotąd kontrole i kalibracje przyrządu przebiegały sprawnie, a wyniki pokazują, że zarówno NIRSpec, jak i NIRISS dostarczą jeszcze lepsze dane, niż przewidywali inżynierowie przed startem.

Jaki był ostatni instrument, który się włączył?

Ostatnim instrumentem, który uruchomił się na Webbie, był instrument Mid-Infrared (MIRI). MIRI jest przeznaczony do robienia zdjęć odległych lub nowo powstałych galaktyk, a także słabych, małych obiektów, takich jak asteroidy. Ten czujnik wykrywa najdłuższe fale instrumentów Webba i musi być utrzymywany w temperaturze minus 267 stopni Celsjusza — tylko 11 stopni powyżej zera absolutnego. Gdyby było cieplej, detektory wyłapywałyby tylko ciepło z samego instrumentu, a nie interesujące obiekty w kosmosie. MIRI posiada własny system chłodzenia, który potrzebował dodatkowego czasu, aby stać się w pełni sprawnym, zanim urządzenie mogło zostać włączone.

Radioastronomowie znaleźli wskazówki, że istnieją galaktyki całkowicie ukryte przez pył i niewykrywalne przez teleskopy takie jak Hubble, które przechwytują długości fal światła podobne do tych widocznych dla ludzkiego oka. Ekstremalnie niskie temperatury sprawiają, że MIRI jest niezwykle wrażliwy na światło w zakresie średniej podczerwieni, które może łatwiej przenikać przez kurz. Kiedy ta czułość jest połączona z dużym lustrem Webba, pozwala MIRI na penetrację tych obłoków pyłu i ujawnienie gwiazd i struktur w takich galaktykach po raz pierwszy.

Co dalej z Webbem?

Od 15 czerwca 2022 r. wszystkie instrumenty Webba są włączone i zrobiły swoje pierwsze zdjęcia. Dodatkowo przetestowano i certyfikowano cztery tryby obrazowania, trzy tryby szeregów czasowych i trzy tryby spektroskopii, pozostawiając tylko trzy tryby. 12 lipca NASA planuje opublikować zestaw obserwacji, które ilustrują możliwości Webba. Pokażą one piękno obrazów Webba, a także dadzą astronomom prawdziwy posmak jakości otrzymywanych danych.

Po 12 lipca Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba rozpocznie pracę w pełnym wymiarze godzin nad misją naukową. Szczegółowy harmonogram na nadchodzący rok nie został jeszcze opublikowany, ale astronomowie na całym świecie z niecierpliwością czekają na pierwsze dane z najpotężniejszego teleskopu kosmicznego, jaki kiedykolwiek zbudowano.

info: Space.com

_______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę
Postaw mi kawę na buycoffee.to

 

Webb pomyślnie dotarł do L2

25 stycznia 2022, Webb odpalał silniki pokładowe przez prawie pięć minut (297 sekund), aby zakończyć ostateczną korektę kursu obranego po grudniowym starcie do trajektorii Webba. To odpalenie korekcyjne w połowie kursu wprowadziło Webba w kierunku jego końcowej orbity wokół drugiego punktu Lagrange’a Słońce-Ziemia, lub L2, prawie 1,5 milion km od Ziemi.

Orbita Webba umożliwi mu szeroki widok kosmosu w dowolnym momencie, a także pozwoli optyce teleskopu i instrumentom naukowym ostygnąć na tyle, aby funkcjonować i prowadzić optymalne badania naukowe. Webb zużył mniej paliwa do korekty kursu podczas podróży do sfery L2 niż pierwotnie zakładano, aby pozostawić jak najwięcej paliwa do zwykłych operacji Webba w ciągu jego życia: utrzymywanie stacji (niewielkie poprawki, aby utrzymać Webba na pożądanej orbicie) i rozładowaniem pędu (w celu przeciwdziałania skutkom ciśnienia promieniowania słonecznego na ogromną osłonę przeciwsłoneczną).

Teraz, gdy segmenty zwierciadła głównego i zwierciadła wtórnego Webba zostały rozmieszczone z pozycji startowych, inżynierowie rozpoczną skomplikowany, trzymiesięczny proces ustawiania optyki teleskopu z dokładnością do prawie nanometra.

Webb bezpiecznie dotarł do L2 w poniedziałek 25 stycznia 2022 roku. Następnym etapem będzie faza testowa przed rozpoczęciem prac naukowych tego lata.

Teleskop kosmiczny Jamesa Webb’a rozpoczął swoją misję

Z wieloletnim opóźnieniem, z wielokrotnie przekładanymi datami startu, teleskop kosmiczny Jamesa Webb’a wystartował do swojej misji obserwacyjnej. Start z Gujany Francuskiej odbył się bez zakłóceń i pierwsza część misji już za nami.

Teraz teleskop leci na swoje miejsce docelowe czyli punkt L2, z którego to miejsca będzie prowadził obserwacje. Jak mówili naukowcy z NASA pierwszych obserwacji możemy spodziewać się za około 5-6 miesięcy.