Oto pierwsze naukowe zdjęcia z Teleskopu Jamesa Webba. Są niesamowite

Teleskop Jamesa Webba to wyjątkowe narzędzie – ogromne, mające 6,5 metra rozpiętości lustro zbiera promieniowanie, które rejestrowane jest przez system optyczny schłodzony do temperatury -223 °C. Pozwala to na prowadzenie obserwacji w podczerwieni, która jest dla astronomów szczególnie atrakcyjna: lepiej od światła widzialnego przenika przez chmury pyłów i pozwala obserwować światło wyemitowane miliardy lat temu, które (w wyniku rozszerzania się Wszechświata) uległo na tyle silnemu przesunięciu ku czerwieni, że stało się już podczerwienią.

Z ogromnymi, naszymi i Waszymi, emocjami śledziliśmy kolejne etapy przygotowywania Teleskopu Webba do pracy – cała jego podróż, rozkładanie lustra, kalibracja. Niezwykle skomplikowany proces, który udało się przeprowadzić doskonale. Tak dobrze, że wielu naukowców mówi, że są zaskoczeni jakością obrazów uzyskanych przez teleskop.

Miliardy lat historii

Wczoraj wieczorem polskiego czasu zaprezentowano pierwsze zdjęcie. To obraz gromady galaktyk SMACS 0723. Wyjątkowy z kilku względów. Na pewno wybrano go, ponieważ jest to obszar pozwalający spojrzeć bardzo głęboko w historię Wszechświata. Przez długi czas obserwował go Teleskop Hubble’a, więc łatwe jest zestawienie obrazów z obu teleskopów i porównanie ich jakości.

Poniżej zdjęcie z Hubble’a powstałe w wyniku trwającej 42 godzinhy ekspozycji zestawione ze zdjęciem z Webba po 12,5-godzinnej ekspozycji. Jeśli oglądacie to na telefonie, warto powiększyć sobie zdjęcia – widać znacznie więcej szczegółów:

Gromada SMACS 0723 znajduje się około 4,6 miliarda lat świetlnych od nas, a więc widzimy jej obraz właśnie z tego okresu. Jednak jej masa sprawia, że zagina ona czasoprzestrzeń tworząc soczewkę grawitacyjną. Ta z kolei powiększa obraz galaktyk znajdujących się jeszcze dalej. Normalnie nie zdołalibyśmy ich już zobaczyć, ale tu mamy wyjątkową okazję.

Jeśli przyjrzycie się uważnie zdjęciu, zobaczycie coś na kształt rozciągniętych maźnięć układających się koncentrycznie wokół środka zdjęcia. To właśnie zniekształcone przez soczewkę grawitacyjną obrazy galaktyk leżących ze obserwowaną gromadą. Dzięki instrumentom Teleskopu Jamesa Webba można dostrzec detale tych superodległych galaktyk.

Dziś pokazano cztery kolejne obrazy. Trzeba przyznać, że wrażenie jest… niesamowite. Zatem po kolei:

Śmierć gwiazdy

To dwa zdjęcia tego samego obiektu wykonane przez dwa instrumenty Teleskopu Jamesa Webba. Mgławica Pierścień Południowy (NGC 3132) leży około 2500 lat świetlnych od Ziemi. Mgławica jest efektem wyrzucania materii przez jedną z dwóch gwiazd znajdujących się w jej centrum. Dzięki obserwacjom prowadzonym w podczerwieni przez instrument Webb’s Mid-Infrared Instrument (MIRI) doskonale widzimy (po prawej) obie gwiazdy. Udało się też po raz pierwszy dostrzec, że słabsza z nich otoczona jest pyłem.

Warstwy tworzące złożoną strukturę mgławicy to efekt kolejnych wyrzutów materii z umierającej gwiazdy, co pozwala na prześledzenie historii układu podwójnego. Doskonale pokazuje je obraz po lewej uzyskany za pomocą Webb’s Near-Infrared Camera (NIRCam). Nowe obserwacje prawdopodobnie pozwolą wyjaśnić zagadkę niesymetrycznego kształtu mgławicy.

Ewolucja galaktyk

Kwintet Stephana leżący w gwiazdozbiorze Pegaza to ciasna grupa galaktyk, które silnie oddziałują ze sobą grawitacyjnie (no, prawie wszystkie). Właśnie to oddziaływanie fantastycznie widać na zdjęciu zrobionym przez Webba.

Kwintet Stephana, choć wizualnie składa się z pięciu galaktyk, w rzeczywistości jest formą złudzenia – galaktyka leżąca po lewej, NGC 7320, znajduje się 40 mln lat świetlnych od nas, podczas gdy pozostałe cztery aż 290 mln lat świetlnych. I to właśnie te cztery odleglejsze galaktyki są powiązane ścisłymi grawitacyjnymi więzami. Dwie środkowe są w trakcie łączenia się, ich jądra znajdują się już blisko siebie, a chmury otaczających je gwiazd przenikają się.

Doskonale widać też gigantyczne fale uderzeniowe, jakie tworzy galaktyka NGC 7318B (górne albo lewe „oczko” z uśmiechniętej buźki) przebijając się przez gromadę. Takie ciasne upakowanie galaktyk w gromadzie budzi duże zainteresowanie specjalistów, bo uważa się, że podobne struktury były powszechne na wczesnym etapie istnienia Wszechświata.

Tu jeszcze jedno zdjęcie z Teleskopu Webba, gdzie użyto dodatkowego filtra, by mocniej pokazać różnice między galaktykami.

Na tym obrazie kolor czerwony to pełne pyłu regiony, gdzie powstają gwiazdy, bardzo odległe i stare galaktyki oraz galaktyki otoczone pyłem. Niebieskie punkty to gwiazdy lub gromady gwiazd pozbawione pyłu. Rozproszone obszary niebieskiego koloru to pył zawierający dużo wieloatomowych cząsteczek węglowodorów.

Narodziny gwiazd

Ten niesamowity krajobraz to fragment Mgławicy Carina (NGC 3372) leżącej około 8500 lat świetlnych od nas. To popis możliwości Teleskopu Jamesa Webba w zakresie patrzenia poprzez chmury pyłu. Na zdjęciach robionych w paśmie widzialnym… niewiele widać, bo wszechobecny, gęsty (w kosmicznych standardach) pył skutecznie zasłania wnętrze mgławicy.

Tymczasem Webb zagląda do środka pokazując rodzące się właśnie gwiazdy i skupiska, w których niedługo rozpoczną się procesy fuzji jądrowej. Widoczny fragment to mgławica NGC 3324 będąca częścią Mgławicy Carina. Najwyższe „szczyty” widoczne na zdjęciu mają rozmiar około 7 lat świetlnych.

Dla porównania jeszcze zdjęcie tego regionu wykonane przez Teleskop Hubble’a. Widać, o ile więcej jest tu w stanie wyciągnąć Webb.

Woda na planecie

Jedną z możliwości, jakie dają instrumenty Teleskopu Jamesa Webba jest obserwacja widma gwiazd przefiltrowanego przez atmosferę pozasłonecznych planet. Gdy planeta przechodzi między swoją gwiazdą, a teleskopem, światło gwiazdy zmienia się nieznacznie – pochłaniane są te pasma widma, które odpowiadają pierwiastkom znajdującym się w gazowej otoczce planety. Analiza różnic w świetle docierającym przed i po przefiltrowaniu pozwala z dużą dokładnością określić, jakie pierwiastki i jakie związki chemiczne otaczają planetę.

Pokazano dziś przeprowadzoną w ten sposób analizę atmosfery planety WASP-96 b, odległego od nas o 1150 lat świetlnych gazowego olbrzyma o masie mniejszej niż połowa masy Jowisza. Planeta krąży bardzo blisko swojej gwiazdy, jedno jej okrążenie trwa 3,5 ziemskiego dnia.

Analiza pokazała nie tylko obecność samej wody, ale też pary wodnej tworzącej chmury i zamglenia. Fakt, że Webb skupia się na podczerwieni pozwala na szerszą i dokładniejszą niż dotychczas analizę obecności tych związków, które nas szczególnie interesują: wody, tlenu, metanu czy dwutlenku węgla.

To oczywiście dopiero początek. Podczas konferencji prezentującej pierwsze zdjęcia pokazano choćby bardzo ciekawe analizy dotyczące otoczenia czarnej dziury leżącej w centrum jednej z galaktyk kwintetu Stephana.

Tu możecie obejrzeć (fatalnie zrealizowaną, sorry) konferencję:

Oficjalnie rozpoczęła się więc nowa epoka w badaniach kosmosu. Teleskop Jamesa Webba pokaże rzeczy, o których nam się nie śniło i najpewniej potężnie zamiesza w naszej wiedzy o Wszechświecie. Już się nie mogę doczekać!

PS Tu znajdziecie oryginalne, niezmniejszone i nieskompresowane zdjęcia: https://webbtelescope.org/news/first-images