La NASA prevede di rilasciare le prime immagini scattate dal James Webb Space Telescope (JWST) il 12 luglio 2022. Segneranno l'inizio della prossima era dell'astronomia, poiché Webb, il più grande telescopio spaziale mai costruito, inizierà a raccogliere dati scientifici che aiuteranno a rispondere alle domande sui primi momenti dell'esistenza dell'universo e consentiranno agli astronomi di studiare gli esopianeti in modo più dettagliato di mai prima d'ora. Ma ci sono voluti quasi otto mesi di viaggio, configurazione, test e calibrazione per garantire che questo prezioso telescopio fosse pronto per la prima serata.
Il più potente spazio il telescopio, una volta in orbita, scruterà più lontano nello spazio, e quindi più indietro nel tempo, rispetto a qualsiasi tecnologia precedente, consentendo agli astronomi di vedere le condizioni che esistevano poco dopo il Big Bang.
Da dove inizia tutto per il telescopio della NASA?
Nella nostra galassia, la Via Lattea, il telescopio esplorerà mondi al di fuori del sistema solare – pianeti extrasolari o esopianeti – studiando le loro atmosfere alla ricerca di segni rivelatori di vita, come molecole organiche e acqua.
Dopo il successo del lancio del telescopio James Webb il 25 dicembre 2021, il team ha iniziato il lungo processo per spostarlo nella sua posizione orbitale finale, smontare il telescopio e, una volta che le cose si sono raffreddate, calibrare le telecamere e i sensori a bordo. Il lancio è andato liscio. Una delle prime cose che gli scienziati della NASA hanno notato è che il telescopio aveva a bordo più carburante del previsto per futuri aggiustamenti della sua orbita. Ciò consentirebbe a Webb di operare molto più a lungo dell'obiettivo decennale originale della missione.
Il primo compito del viaggio lunare di Webb verso la sua posizione finale in orbita è stato quello di dispiegare il telescopio. È andato senza intoppi, iniziando con l'installazione della visiera parasole che aiuta a raffreddare il telescopio. Poi c'è stato l'allineamento degli specchi e l'inserimento dei sensori. Le telecamere di Webby si stavano raffreddando, proprio come previsto dagli ingegneri, e il primo strumento attivato dal team è stata la Near Infrared Camera, o NIRCam. NIRCam è progettato per studiare la debole luce infrarossa emessa dalle stelle o dalle galassie più antiche dell'universo. Ma cosa succede dopo?
Interessante anche:
L'universo primordiale nella gamma degli infrarossi
Poiché la luce impiega una quantità limitata di tempo per viaggiare nello spazio, quando gli astronomi osservano gli oggetti, in realtà stanno guardando nel passato. La luce del Sole impiega circa sette minuti per raggiungere la Terra, quindi quando guardiamo il Sole, lo vediamo com'era sette minuti fa.
Vediamo oggetti distanti come erano secoli o millenni fa, e osserviamo gli oggetti e le galassie più distanti anche prima della formazione della Terra, e nel momento in cui li vediamo, potrebbero essere fondamentalmente cambiati o addirittura distrutti.
JWST è così potente che sarà in grado di osservare l'universo com'era circa 13,6 miliardi di anni fa, 200 milioni di anni dopo il periodo di rapida inflazione iniziale che chiamiamo Big Bang. Questo è il passato più antico in cui l'umanità abbia mai guardato. Ciò che rende JWST uno strumento così potente per l'imaging dell'universo primordiale è che conduce le sue osservazioni nella regione infrarossa dello spettro elettromagnetico.
Mentre la luce viaggia verso di noi da queste sorgenti lontane, l'espansione accelerata dell'universo allunga quella luce. Ciò significa che mentre la luce di queste prime stelle e galassie è simile a quella delle stelle e delle galassie vicine, la sua lunghezza d'onda viene "spostata" nella regione infrarossa dello spettro elettromagnetico.
Le galassie più lontane e antiche
Un modo in cui l'osservatorio identificherà le prime galassie è osservare i sei quasar più distanti e più luminosi. I quasar si trovano al centro dei nuclei galattici attivi (AGN) e sono alimentati da buchi neri supermassicci. Sono spesso più luminose della radiazione di tutte le stelle della galassia in cui si trovano, messe insieme.
I quasar selezionati dal team del JWST sono tra i più luminosi, il che significa che i buchi neri che li alimentano sono anche i più potenti, consumando – o meglio accumulando – gas e polvere alla massima velocità. Generano enormi quantità di energia che riscaldano il gas circostante e lo spingono verso l'esterno, creando potenti getti che irrompono attraverso le galassie nello spazio interstellare.
Oltre a utilizzare i quasar, che hanno un notevole effetto sulle galassie circostanti, per comprendere la loro evoluzione, i ricercatori del JWST utilizzeranno anche i quasar per studiare un periodo della storia dell'universo chiamato Era della Reionizzazione. Fu il momento in cui l'universo divenne più trasparente e permise alla luce di viaggiare liberamente. Ciò è accaduto perché il gas neutro nel mezzo intergalattico si è caricato o ionizzato.
Il JWST indagherà questo utilizzando quasar luminosi come fonti di luce di fondo per studiare il gas tra noi e il quasar. Osservando quale luce viene assorbita dal gas interstellare, i ricercatori saranno in grado di determinare se il gas interstellare è neutro o ionizzato.
100 galassie in una volta
Uno degli strumenti che JWST utilizzerà per osservare l'universo è il Near Infrared Spectrograph (NIRSpec). Questo strumento non produrrà immagini visivamente sbalorditive delle galassie che osserva come l'immagine grandangolare di migliaia di galassie scattata dal telescopio spaziale Hubble (nella foto sotto). Invece, fornirà importanti informazioni spettrografiche su queste galassie, permettendo a molte di esse di essere viste contemporaneamente.
Gli spettri di queste galassie contengono molte informazioni, in particolare sulla composizione chimica. Studiando queste composizioni, i ricercatori vedranno quanto velocemente le galassie possono convertire la loro composizione di gas in stelle, e quindi comprendere meglio l'evoluzione dell'universo.
Per farlo con la precisione richiesta è necessario bloccare una grande quantità di luce, e questo di solito significa studiare un oggetto alla volta. Alcuni degli oggetti che JWST intende studiare sono così distanti che la loro luce è incredibilmente fioca, il che significa che devono essere osservati per centinaia di ore per raccogliere dati sufficienti per costruire un'immagine spettrale.
Fortunatamente, NIRSpec è dotato di un quarto di milione di finestre singole con micropersiane delle dimensioni di un capello umano, disposte a forma di wafer. Ciò significa che regolando il modello di queste tende, JWST sarà in grado di osservare un gran numero di oggetti in una vista per l'osservazione simultanea ed è programmabile per qualsiasi campo di oggetti nel cielo. Secondo le stime della NASA, ciò consentirà al NIRSpec di raccogliere simultaneamente spettri da 100 osservatori, cosa che nessun altro spettroscopio poteva fare prima.
Leggi anche:
- 100 anni di fisica quantistica: dalle teorie degli anni '1920 ai computer
- 5 future missioni spaziali a cui pensare
Esopianeti delle dimensioni di Giove
Dalla metà degli anni '1990 e dalla scoperta di un pianeta in orbita attorno a una stella simile al Sole, il nostro catalogo di esopianeti si è ampliato fino a includere oltre 4 mondi confermati. La maggior parte di questi mondi, compreso l'esopianeta 51 Pegasi b, scoperto dal team svizzero di Michel Maior e Didier Calo nel 1995, sono gioviani caldi. Questi esopianeti orbitano attorno alle loro stelle nelle immediate vicinanze, completando in genere una rivoluzione in poche ore, rendendoli facili da rilevare utilizzando le tecniche di osservazione degli esopianeti.
Questi mondi sono spesso legati in modo mareale alla loro stella, il che significa che un lato, il lato del giorno eterno, è molto caldo. Un esempio lampante di un tale mondo è WASP-121b, recentemente osservato dalla telecamera spettroscopica a bordo di Hubble. Leggermente più grande di Giove nel nostro sistema solare, ferro e alluminio vaporizzano sul lato diurno di questo pianeta e questo vapore viene portato sul lato notturno da venti supersonici. Quando questi elementi si raffreddano, precipitano sotto forma di pioggia metallica, con la possibilità che parte dell'alluminio possa combinarsi con altri elementi e precipitare sotto forma di piogge di rubino liquido e zaffiro.
La vicinanza di questi pianeti giganti alla loro stella madre può far sì che le forze di marea diano loro la forma di un pallone da rugby. Cosa è successo all'esopianeta WASP-103b. Parte del ruolo di JWST dalla sua posizione a un milione di km dalla Terra sarà quello di studiare gli ambienti e le atmosfere di questi pianeti aggressivi.
Super Terre
Un'altra categoria di esopianeti che il telescopio spaziale utilizzerà per osservare sono le cosiddette super-Terre. Questi sono mondi che possono essere 10 volte più massicci della Terra, ma più leggeri di giganti di ghiaccio come Nettuno o Urano.
Le Super-Terre non devono essere necessariamente rocciose, come il nostro pianeta, ma possono essere costituite da gas o anche da una miscela di gas e roccia. La NASA afferma che nell'intervallo da 3 a 10 masse terrestri, può esserci un'ampia varietà di composizioni planetarie, inclusi mondi acquatici, pianeti con palle di neve o pianeti che, come Nettuno, sono composti principalmente da gas denso.
Le prime due super-Terre a finire sotto il radar del JWST della NASA saranno 55 Cancri e, ricoperta di lava, che sembra essere un pianeta roccioso a 41 anni luce di distanza, e LHS 3844b, che è due volte più grande della Terra e sembra hanno una superficie rocciosa, simile alla luna, ma priva di un'atmosfera significativa.
Entrambi questi mondi sembrano piuttosto inadatti alla vita come la conosciamo, ma altri esopianeti in vari luoghi della Via Lattea che saranno studiati da JWST potrebbero essere più promettenti.
Interessante anche:
- Le 10 cose più strane che abbiamo imparato sui buchi neri nel 2021
- Terraforming Mars: il Pianeta Rosso potrebbe trasformarsi in una nuova Terra?
Sistema TRAPPIST-1
Durante il primo ciclo operativo, il telescopio studierà da vicino il sistema TRAPPIST-1, situato a 41 anni luce dalla Terra. Ciò che rende insolito questo sistema planetario, scoperto nel 2017, è il fatto che i suoi sette mondi rocciosi esistano nella zona di attività della loro stella, rendendolo il più grande mondo terrestre potenzialmente abitabile mai scoperto.
Gli astronomi definiscono la zona abitabile attorno a una stella come la regione in cui la temperatura consente all'acqua liquida di esistere. Poiché questa regione non è né troppo calda né troppo fredda per l'esistenza di acqua liquida, viene spesso chiamata Goldilocks Zone.
Tuttavia, trovarsi in questa zona non significa che il pianeta sia abitabile. Sia Venere che Marte si trovano all'interno della zona attorno al Sole e nessuno dei due pianeti può sostenere comodamente la vita come la intendiamo a causa delle diverse condizioni. La Planetary Society suggerisce che altri fattori, come la forza del vento solare, la densità del pianeta, la predominanza di grandi lune, l'orientamento dell'orbita del pianeta e la rotazione del pianeta (o l'apparente mancanza) possono essere fattori chiave per abitabilità.
Molecole organiche e nascita planetaria
Uno dei vantaggi dell'indagine a infrarossi dell'universo da parte del JWST della NASA è la capacità di scrutare dentro nubi dense e massicce di gas e polvere interstellari. Anche se questo può non sembrare molto eccitante, la prospettiva diventa molto più attraente se si considera che questi sono i luoghi in cui nascono stelle e pianeti e sono chiamati vivai stellari.
Queste regioni dello spazio non possono essere osservate nello spettro della luce visibile perché il contenuto di polvere le rende opache. Tuttavia, questa polvere consente la diffusione della radiazione elettromagnetica nella gamma di lunghezze d'onda dell'infrarosso. Ciò significa che JWST sarà in grado di studiare le regioni dense di queste nubi di gas e polvere mentre collassano e formano le stelle.
Inoltre, il telescopio spaziale sarà anche in grado di studiare i dischi di polvere e gas che circondano le giovani stelle e danno vita ai pianeti. Non solo potrebbe mostrare come si formano pianeti come quelli del Sistema Solare, inclusa la Terra, ma potrebbe anche mostrare come le molecole organiche vitali per la vita sono distribuite all'interno di questi dischi protoplanetari.
E c'è un vivaio stellare su cui lavoreranno i ricercatori che hanno il tempo di osservare in particolare JWST.
Leggi anche:
- Osservando il pianeta rosso: una storia di illusioni marziane
- Il teletrasporto da un punto di vista scientifico e il suo futuro
Pilastri della creazione
I Pilastri della Creazione sono uno dei luoghi cosmici più luminosi e belli mai raffigurati dall'umanità. Il telescopio spaziale Hubble, che ha catturato le bellissime immagini dei Pilastri della Creazione (nella foto sotto), è stato in grado di scrutare in profondità queste torri di gas e polvere alte un anno luce.
Situate nella Nebulosa dell'Aquila e a 6500 anni luce dalla Terra nella costellazione del Serpente, le colonne opache - i Pilastri della Creazione - sono siti di intensa formazione stellare. Per raccogliere dettagli sui processi di nascita delle stelle all'interno dei pilastri, Hubble li ha osservati in luce ottica e infrarossa.
La luce infrarossa è necessaria per osservare i processi che avvengono all'interno dei Pilastri della Creazione perché, come con altre mangiatoie, la luce visibile non può penetrare la polvere densa di questa nebulosa ad emissione.
Hubble è ottimizzato per la luce visibile, ma è comunque riuscito a scattare splendide immagini a infrarossi dei pilastri, mostrando alcune delle giovani stelle che vivono al loro interno. Questo è ciò che ha entusiasmato il team del JWST: il loro potente telescopio spaziale a infrarossi avrebbe rivelato questa affascinante regione dello spazio.
Giove, i suoi anelli e le lune
Uno degli obiettivi del telescopio spaziale nel sistema solare sarà il pianeta più grande, il gigante gassoso Giove. Secondo la NASA, un team di oltre 40 ricercatori ha sviluppato un programma di osservazione che studierà Giove, il suo sistema di anelli e le sue due lune: Ganimede e Io. Questa sarà una delle prime indagini con il telescopio nel Sistema Solare, che richiederà di essere calibrato rispetto alla luminosità del gigante gassoso, pur essendo in grado di osservare il suo sistema ad anello molto più debole.
Il team JWST che osserverà Giove deve anche tenere conto delle 10 ore giornaliere del pianeta. Ciò richiederebbe la "cucitura" di immagini separate per studiare una particolare regione del quinto pianeta che orbita rapidamente lontano dal Sole, come la Grande Macchia Rossa, la più grande tempesta del Sistema Solare, abbastanza profonda e larga da inghiottire l'intera Terra .
Gli astronomi cercheranno di comprendere meglio il motivo delle fluttuazioni della temperatura dell'atmosfera sopra la Grande Macchia Rossa, le caratteristiche degli straordinari anelli deboli di Giove e la presenza di un oceano liquido di acqua salata sotto la superficie della luna di Giove Ganimede.
Asteroidi e oggetti vicini alla Terra
Uno degli altri ruoli importanti che JWST svolgerà nel Sistema Solare è lo studio degli asteroidi e di altri corpi più piccoli del Sistema nella gamma dell'infrarosso. Lo studio includerà quelli che la NASA classifica come Near-Earth Objects (NEO), che sono comete e asteroidi che sono stati spinti dall'attrazione gravitazionale dei pianeti vicini in orbite che consentono loro di entrare nelle vicinanze della Terra.
JWST condurrà osservazioni di asteroidi e NEO nella gamma dell'infrarosso, cosa che non è possibile dall'atmosfera terrestre usando telescopi terrestri o telescopi spaziali meno potenti. Lo scopo di queste valutazioni di asteroidi sarà quello di studiare l'assorbimento e l'emissione di luce dalla superficie di questi corpi, che dovrebbe aiutare a capire meglio la loro composizione. JWST consentirà inoltre agli astronomi di classificare meglio le forme degli asteroidi, il loro contenuto di polvere e il modo in cui emettono gas.
Lo studio degli asteroidi è fondamentale per gli scienziati che cercano di comprendere la nascita del Sistema Solare e dei suoi pianeti 4,5 miliardi di anni fa. Questo perché sono composti da materiali "non corrotti" che esistevano quando si stavano formando i pianeti che sfuggivano alla gravità di corpi più piccoli che formavano pianeti.
Oltre a studiare la nascita di pianeti, stelle e i primi momenti delle galassie stesse, questa missione dimostra ancora una volta come JWST risolverà alcuni dei misteri più fondamentali della scienza.
Qual è il prossimo?
A partire dal 15 giugno 2022, tutti gli strumenti Webb della NASA sono stati accesi e sono state scattate le prime immagini. Inoltre, quattro modalità di imaging, tre modalità serie temporali e tre modalità spettroscopiche sono state testate e certificate, lasciandone solo tre rimanenti. Come già accennato, il 12 luglio la NASA prevede di rilasciare una serie di osservazioni teaser che illustrano le capacità di Webb. Mostreranno la bellezza delle immagini dello spazio, oltre a dare agli astronomi un'idea della qualità dei dati che riceveranno.
Dopo il 12 luglio, il James Webb Space Telescope inizierà a lavorare pienamente sulla sua missione scientifica. Il programma dettagliato per il prossimo anno non è stato ancora pubblicato, ma gli astronomi di tutto il mondo attendono con impazienza i primi dati dal telescopio spaziale più potente mai costruito.
Puoi aiutare l'Ucraina a combattere contro gli invasori russi. Il modo migliore per farlo è donare fondi alle forze armate ucraine attraverso Salva Vita o tramite la pagina ufficiale NBU.
Iscriviti alle nostre pagine in Twitter che Facebook.
Leggi anche: