NASA's nieuwe James Webb-ruimtetelescoop heeft net zijn eerste wetenschappelijke doelen bereikt

NASA's grootschalige ruimtewaarnemingscentrum van de volgende generatie, de James Webb-ruimtetelescoop, zal in 2019 zijn ogen op de kosmos trainen. Deze week onthulden de organisatoren enkele van de eerste kosmische objecten die de telescoop zal bestuderen.

Het Space Telescope Science Institute (STScI), dat het Webb-programma beheert, kondigde maandag (13 november) aan dat het 13 voorstellen had geselecteerd voor de eerste ronde van wetenschappelijke observaties. De programma's demonstreren de uitgebreide mogelijkheden van de Webb-telescoop; de geselecteerde programma's bevatten observaties van Jupiter, onderzoeken van afgelegen buitenaardse planeten, een onderzoek van uiterst verre melkwegstelsels en andere kosmische taken.

"Ik ben heel blij dat ik de lijst met meest fascinerende doelen van astronomen voor de Webb-telescoop te zien krijg, en zeer benieuwd naar de resultaten", zegt John C. Mather, senior projectwetenschapper voor Webb en senior astrofysicus bij het Goddard Space Flight Center van de NASA. in een verklaring van NASA. "We verwachten volledig verrast te zijn door wat we vinden." [Hoe de James Webb Space Telescope van NASA werkt (Infographic)]

De 13 wetenschappelijke programma's maken deel uit van wat bekend staat als het Discretionary Early Release Science Program (DD-ERS) van de JWST Director. De gegevens van deze waarnemingscampagnes worden onmiddellijk vrijgegeven aan de wetenschappelijke gemeenschap "zodat ze de mogelijkheid hebben om de gegevens te analyseren en follow-upwaarnemingen te plannen", aldus de verklaring van NASA.

De 13 programma's worden uitgevoerd binnen de eerste vijf maanden van de wetenschappelijke activiteiten van Webb; de telescoop heeft een minimale wetenschappelijke levensduur van vijf jaar.

"We willen dat de onderzoeksgemeenschap zo vroeg mogelijk zo wetenschappelijk productief mogelijk is, en daarom ben ik zo blij dat ik bijna 500 uur aan discretionaire tijd van de directeur heb kunnen wijden aan deze ERS-waarnemingen," Ken Sembach, directeur van STScI , zei in de verklaring.

De 13 programma's "vertegenwoordigen deelname door 253 onderzoekers uit 18 landen, 22 Amerikaanse staten en 106 unieke instellingen ... Er zijn nog eens 449 wetenschappelijke medewerkers die betrokken zijn bij de programma's", aldus de verklaring.

Wetenschapsprogramma's

Een van de geaccepteerde wetenschappelijke voorstellen zal de instrumenten van Webb op Jupiter richten. De waarnemingen zullen "Jupiters wolklagen, winden, samenstelling, poollichtactiviteit en temperatuurstructuur kenmerken", volgens het voorstel. De waarnemingen zouden ook kaarten kunnen produceren van de atmosfeer en het oppervlak van twee van de manen van Jupiter, Io en Ganymedes. Bovendien konden ze op die satellieten pluimen zoeken zoals die op de maan Europa van Jupiter worden waargenomen.

"Ons programma toont dus de mogelijkheden van JWST's instrumenten op een van de grootste en helderste bronnen in het zonnestelsel en op heel zwakke doelen ernaast", aldus het voorstel.

Twee van de aanvaarde voorstellen zullen het instrument van Webb op planeten in andere zonnestelsels trainen. Een van die voorstellen zal profiteren van het vermogen van Webb om exoplaneten direct in beeld te brengen - iets heel weinig telescopen hebben een voldoende hoge resolutie om te bereiken. Een ander geaccepteerd voorstel is om het vermogen van wetenschappers om Webb te gebruiken om de atmosfeer van exoplaneten te bestuderen, te ontwikkelen. Dat gebeurt door de planeet door te vliegen voor zijn ouderster en vervolgens het sterrenlicht te vangen dat door de atmosfeer van de planeet gaat. Dit licht pikt informatie op over de chemische samenstelling van die gassen.

"JWST biedt de mogelijkheid om ons begrip van planeten en de oorsprong van het leven te transformeren door de atmosferische composities, structuren en dynamieken van exoplaneten door te geven in ongekende details", aldus het voorstel. "Echter, de zeer nauwkeurige observaties in de tijdreeks die voor dergelijke onderzoeken zijn vereist, hebben unieke technische uitdagingen en onze eerdere ervaring met HST, Spitzer en Kepler geeft aan dat er een steile leercurve zal zijn wanneer JWST operationeel wordt."

Een vertegenwoordiger van STScI zei dat de organisatoren nog niet hebben bevestigd op welke exoplaneten Webb zich zal concentreren voor deze onderzoeken, omdat de exacte startdatum voor Webb nog niet is vastgesteld (deze is momenteel vastgesteld voor het voorjaar van 2019). Een verandering in de lanceringstermijn zou vervolgens veranderen welk deel van de hemel Webb in de eerste vijf maanden waarneemt. Maar in eerste instantie zal de studie van exoplanet-atmosferen grote, gasvormige planeten zoals Jupiter omvatten, omdat ze "gemakkelijker doelen zijn waarop deze techniek kan worden toegepast", aldus de NASA.

"De resultaten zullen helpen bij het begeleiden van waarnemingsstrategieën voor kleinere, meestal rotsachtige en meer aarde-achtige super-aardes, waarbij atmosferische samenstelling hints kan geven over de potentiële leefbaarheid van een planeet," zeiden functionarissen in de verklaring.

Ten slotte zal een vierde voorstel de instrumenten van Webb op enkele ongelooflijk verre sterrenstelsels trainen. Voor dit wetenschapsobservatieproject zal Webb gebieden in de lucht bestuderen "die reeds bestudeerd zijn door het Frontier Fields-programma van de Hubble Space Telescope, zoals het sterrenstelsel cluster MACS J0717.5 + 3745. Webb-gegevens zullen een aanvulling zijn op Hubble's, waardoor astronomen nieuwe inzichten krijgen in deze hoorn des overvloeds van sterrenstelsels, "volgens de verklaring van NASA.

Galaxy-clusters zijn een nuttig hulpmiddel in astrofysica omdat hun ongelooflijke massa licht kan buigen en vergroten van objecten die daarachter liggen, zoals gezien door een waarnemer op aarde. Dat betekent dat onderzoekers dit gravitatie-effect (gravitatielens) kunnen gebruiken om extreem verre sterrenstelsels te zien. Die waarnemingen kunnen nieuwe informatie onthullen over hoe vroege sterrenstelsels gevormd zijn en hoe ze verschillen van moderne sterrenstelsels. Volgens een van de geaccepteerde voorstellen kunnen deze studies ook nieuwe informatie over de geschiedenis van het zeer vroege universum onthullen, inclusief het tijdperk van reionisatie, of het einde van de 'donkere tijdperken' in het vroege universum.

Uiteindelijk zal Webb in staat zijn om nog meer verre melkwegstelsels en sterrenstelsels te spotten dan Hubble kon zien. Omdat het universum uitdijt, wordt het licht van verre melkwegstelsels uitgerekt terwijl het naar de aarde reist; dit verandert de golflengte van het licht van die sterrenstelsels, waardoor zichtbaar licht in het infrarode bereik wordt gerekt. Webb is speciaal ontworpen om licht in dit bereik te vangen, zodat wetenschappers die verre sterrenstelsels kunnen bestuderen.

"Deze observatieprogramma's zullen niet alleen geweldige wetenschap genereren, maar zullen ook een unieke hulpbron zijn om de onderzoekscapaciteiten van dit buitengewone observatorium aan te tonen aan de wereldwijde wetenschappelijke gemeenschap," zei Sembach in de verklaring.