James Webb Telescoop een wetenschapper legt uit wat de eerste

James Webb Telescoop: een wetenschapper legt uit wat de eerste, verbazingwekkende beelden laten zien – en hoe het de astronomie zal veranderen

Een stervormingsgebied in de Melkweg. NASA, ESA, CSA, en STScI

Na tientallen jaren van ontwikkeling en vele beproevingen en frustraties onderweg, is de James Webb Telescoop eindelijk begonnen te leveren waar hij voor kwam. Op 12 juli heeft de NASA de eerste wetenschappelijke waarnemingen vrijgegeven van de instrumenten aan boord van de missie, waarmee een nieuw tijdperk in de astronomie is aangebroken.

Na de spijkerharde lancering op eerste kerstdag, volgde een reeks kritische opstellingen om de telescoop en zijn zonnescherm open te stellen. Als een van deze operaties was mislukt, zou James Webb een onbruikbare ramp zijn geweest. Maar het programma werd perfect uitgevoerd, een proces dat soepeler en succesvoller verliep dan iemand van ons had durven hopen, laat staan verwachten.

Dit is niet alleen een bewijs van de vaardigheid van de ingenieurs, technici en wetenschappers in het project. Het benadrukt ook het enorme belang van het testprogramma dat op aarde werd uitgevoerd om de procedures te verifiëren en waarbij soms problemen aan het licht kwamen die vóór de lancering moesten worden opgelost. Hoewel dit soms tot een vertraging van het tijdschema en kostenstijgingen heeft geleid, heeft het uiteindelijk een perfecte telescoop opgeleverd.

In juli is de telescoop overgegaan van de checkout- en testfase naar de operatie, als het verbazingwekkende observatorium dat het al lang had moeten zijn. Degenen onder ons die bij de reis betrokken zijn geweest en aan de gegevens zullen werken, kunnen nauwelijks wachten.

Scherpe beelden

De nieuwe “early release observaties”, geselecteerd door een internationaal comité van vertegenwoordigers van Nasa, Esa (European Space Agency), CSA (Canadian Space Agency), en het Space Telescope Science Institute, maken deel uit van een programma dat bedoeld is om het brede scala aan wetenschap dat de telescoop zal verrichten onder de aandacht te brengen.

Het is erg opwindend om de nieuwe beelden te zien – ik was niet voorbereid op het niveau van de scherpte en het fijne detail dat te zien is. Het is een genot om eindelijk over gegevens van deze hoge kwaliteit te beschikken.

Het verbluffende beeld van SMACS 0723, een cluster van duizenden melkwegstelsels, werd op 11 juli onthuld door de Amerikaanse president Joe Biden. De massieve voorgrondgroepen van sterrenstelsels vergroten en vervormen het licht van objecten achter hen, waardoor we terug in de tijd kunnen kijken naar zeer zwakke objecten.

De afbeelding toont de cluster van melkwegstelsels zoals hij er 4,6 miljard jaar geleden uitzag. Maar de verder weg gelegen sterrenstelsels in de afbeelding (degene die er uitgerekt uitzien) zijn ongeveer 13 miljard jaar oud – en we hebben al meer gegevens over hen dan over welk ander oud sterrenstelsel dan ook.

Beelden als deze zullen ons helpen begrijpen hoe de eerste sterren en melkwegstelsels werden gevormd. Sommige van deze sterrenstelsels kunnen tot de verste objecten behoren die we kennen, uit het begin van het heelal. De foto is een samengesteld kleurenbeeld, gemaakt van waarnemingen op verschillende golflengten. Hij is gemaakt door de Nabij-Infrarood Camera (NIRCam) van de telescoop.

Afbeelding van SMACS 0723.

SMACS 0723.
NASA, ESA, CSA, en STScI

James Webb heeft ook een glimp opgevangen van Stephan’s Quintet, een groep van vijf sterrenstelsels die zo’n 290 miljoen lichtjaar van elkaar vandaan in het sterrenbeeld Pegasus samensmelten. Het beeld suggereert ook dat er een superzwaar zwart gat in het centrum is, en toont sterren die worden geboren. De gegevens zullen ons meer vertellen over de evolutie van sterrenstelsels en de snelheid waarmee superzware zwarte gaten groeien.

Beeld van Stephan's Quintet.

Stephan’s Kwintet.
NASA, ESA, CSA, en STScI

De volgende foto toont de Carinanevel, te zien in de afbeelding hieronder, die een van de grootste en helderste nevels (wolken van stof en gas waarin sterren worden geboren) is. James Webb kan in het infrarode licht diep in het stof tasten, om de binnenkant van de stellaire kraamkamer te onthullen – wat we nog nooit eerder hebben gezien – en zo meer te weten te komen over hoe sterren worden geboren.

De Carinanevel bevindt zich op ongeveer 7.600 lichtjaar afstand in het zuidelijke sterrenbeeld Carina. De afbeelding toont honderden compleet nieuwe sterren (elk lichtpuntje is een ster), en straalstromen en bellen die door hen ontstaan. We zien ook details die we nog niet kunnen verklaren.

Beeld van de Carina nevel.

Een stervormingsgebied in de Melkweg.
NASA, ESA, CSA, en STScI

De volgende, spectaculaire opname is van de Zuidelijke Ring of “Eight-Burst” nevel, een planetaire nevel, die een uitdijende wolk van gas is, die een stervende ster omgeeft, of in dit geval twee stervende sterren die om elkaar heen draaien. Hij is bijna een half lichtjaar in diameter en bevindt zich op ongeveer 2000 lichtjaar van de aarde.

De schuimige oranje schil in de afbeelding is moleculaire waterstof (een gas dat ontstaat wanneer twee waterstofatomen zich aan elkaar binden), terwijl het blauwe centrum een elektrisch geladen gas is. In het rechter plaatje zie je de twee stervende sterren in het midden, wat ons de kans geeft om de sterfte van sterren in ongekend detail te bestuderen.

Beeld van de Zuidelijke Ringnevel.

Zuidelijke Ringnevel.
NASA, ESA, CSA, en STScI

De nieuwe gegevens zijn het resultaat van maanden van nauwgezet meten en testen om de James Webb na de stationering klaar te maken voor gebruik als wetenschappelijk instrument. De eerste stappen waren het scherpstellen en uitlijnen van de beelden van elk van de spiegelsegmenten. Elk van de wetenschappelijke instrumenten van de telescoop – NIRCam, The Near InfraRed Spectrograph (NIRSpec) en Mid-Infrared Instrument (MIRI) – werd ook ingeschakeld en getest.

Al deze instrumenten, die in verschillende golflengten naar de diepe ruimte kijken, moesten samen met de telescoop worden afgekoeld, omdat ze anders achtergrondwarmte zouden uitstralen die de gevoelige waarnemingen van astronomische objecten zou verstoren. De laatste die werd aangezet was MIRI, die werkt bij de laagste temperatuur, slechts zeven graden boven het absolute nulpunt, wat verscheidene maanden duurde om te bereiken.

De grootte van een telescoop – het diafragma – is bepalend voor de uiteindelijke kwaliteit van de beelden en het detail dat kan worden waargenomen. Groter is beter. Grote telescopen met openingen tot tien meter in diameter zijn op de grond gebouwd.

De storende effecten van de atmosfeer, die het licht dat de telescoop bereikt verstoren, maken het echter moeilijk om de ultieme resolutie te bereiken. Ook op aarde beperkt het achtergrondlicht van de nachtelijke hemel de gevoeligheid van de telescoop, de zwakste objecten die we kunnen zien.

Met zijn apertuur van zes meter is James Webb de grootste telescoop die ooit in de ruimte is gelanceerd en vanaf zijn uitkijkpunt op een miljoen mijl van de aarde, vrij van de aardatmosfeer, zal hij naar verwachting de beste, meest gedetailleerde beelden van het heelal opleveren die we ooit hebben gezien. Het lijdt geen twijfel dat hij ons begrip van de kosmos radicaal zal veranderen, net zoals zijn voorganger, de Hubble-ruimtetelescoop, ooit heeft gedaan.

De Conversatie

Martin Barstow ontvangt financiering van Uk Space Agency.