Oggi, 365 giorni dopo che la NASA ha rilasciato il primo lotto di dati e immagini della missione, è chiaro che JWST può produrre scene di scienza e bellezza con la stessa passione. La NASA segna il primo anniversario del lancio scientifico di JWST Uscita di un nuovo film, dimostrando la capacità del telescopio di reinventare l’universo. L’immagine drammatica, in qualche modo allucinatoria, cattura l’attività del complesso di nubi Rho Ophiuchi, la regione di formazione stellare più vicina alla Terra, dove i sistemi planetari come il nostro potrebbero trovarsi nelle prime fasi di formazione.
“Il telescopio sta funzionando meglio di quanto ci aspettassimo”, ha detto l’astrofisica della NASA Jane Rigby, che è diventata senior project scientist del JWST all’inizio di questo mese.
Rigby ha affermato che la comunità scientifica è stata un po’ prudente nel pianificare l’agenda per il primo anno di osservazioni, ma il prossimo anno la scienza trarrà pieno vantaggio da ciò che il telescopio può fare. “Stiamo diventando più audaci nel secondo anno.”
Il viaggio di JWST intorno al Sole non è stato privo di dossi. Il primo anno di operazioni scientifiche ha incluso una breve pausa nella raccolta dei dati per motivi di sicurezza e una collisione mozzafiato con la polvere spaziale che ha costretto i responsabili del progetto a far volare l’osservatorio più o meno all’indietro d’ora in poi.
Ma gli scienziati che lavorano con i dati scaricati dal telescopio sono entusiasti delle sue prestazioni, che guardano nella parte infrarossa dello spettro, raccogliendo luce che il suo predecessore, il telescopio spaziale Hubble, non poteva.
Il grande titolo finora è che JWST ha individuato alcune galassie sorprendentemente luminose nell’universo primordiale. Era un po’ confuso.
No, JWST non confuta la teoria del Big Bang. La cosmologia non segue la strada della frenologia. Ma le osservazioni di così tanta luce dalle prime fasi della formazione delle galassie hanno portato a qualche grattacapo. Osservazione e teoria non sono ben allineate.
“Penso che ci sia una tensione”, ha detto il fisico leader della missione JWST Massimo Stiavelli dello Space Telescope Science Institute di Baltimora. “È innegabile perché le cose sono diverse da come pensavamo.”
Principali risultati di JWST
JWST è stato creato alla fine degli anni ’80 come successore dell’Hubble ancora non lanciato, ma ha dovuto affrontare anni di ritardi e un incontro quasi mortale con legislatori a corto di budget. Si tratta di un investimento di 10 miliardi di dollari. Non è progettato con funzionalità modulari che consentono parti di ricambio se qualcosa va storto.
Ed è nello spazio profondo, in un’orbita gravitazionalmente stabile attorno al Sole chiamata L2, a circa un milione di miglia dalla Terra. La NASA attualmente non ha navette spaziali per trasportare gli astronauti in L2 e ritorno.
Tutto ciò rafforza la felicità tra gli scienziati che il telescopio funzioni come previsto.
Per un telescopio di questo tipo, un anno è un grosso problema. Gli specchi del telescopio devono essere molto freddi e non possono essere puntati da nessuna parte vicino al Sole, quindi non aspettarti di vedere belle immagini JWST di Venere. Ma un’orbita completa offre al telescopio l’opportunità di coprire gran parte dell’universo.
JWST, che è stato lanciato la mattina di Natale del 2021, in realtà ha effettuato un’orbita e mezza, ma i primi sei mesi sono stati dedicati all’utilizzo del suo enorme array placcato in oro. Specchi esagonali e un ampio parasole per mantenerli freschi, oltre a mettere a punto i suoi strumenti.
La luce raccolta da quegli specchi trasporta informazioni su molti strati dell’universo, da galassie lontane, deboli e appena percettibili alle galassie più attive in primo piano e nubi di polvere e gas che formano stelle all’interno della nostra Via Lattea. E guarda il nostro immediato vicinato, il Sistema Solare, inviando immagini degne di poster di Giove e Saturno piene di dati scientifici.
L’universo primordiale è il luogo in cui JWST ha svolto alcune delle sue indagini più interessanti e talvolta sconcertanti. L’obiettivo è capire come si è formato l’universo primordiale, come si sono formate le galassie e come siamo arrivati dove siamo, su un pianeta in orbita attorno a una stella in uno dei bracci a spirale di una grande galassia.
“La nostra casa è la Via Lattea”, ha detto l’astrofisico teorico Brandt Robertson dell’Università della California, Santa Cruz. “È una galassia. È una bellissima costellazione. Possiamo scattare foto dall’interno. Ma questo pone la domanda: come è arrivato qui? Come è successo?”
È questa archeologia cosmica su cui JWST è stato costruito in primo luogo. Una strana caratteristica dell’universo è che la luce è eterna. Sbiadisce, ma è ancora lì, compresa la luce più antica, fortemente spostata nella parte infrarossa dello spettro dall’espansione dello spazio avvenuta dopo il Big Bang. Gli astrofisici possono scansionare molto di più usando JWST Le galassie ad alto spostamento verso il rosso scavano ancora più a fondo nel passato.
Robertson è coautore di uno dei due articoli recenti che lo descrivono La galassia più distante mai rilevata e confermata da JWST si chiama JADES-GS-Z13-0. È stato scoperto al redshift 13.2, che corrisponde a circa 320 milioni di anni dopo il Big Bang. Ci sono affermazioni di possibili galassie con spostamenti verso il rosso più elevati, ma attendono conferma, ha detto.
Alla domanda su come fosse la galassia, ha risposto: “È un blob”.
Ma se potessi in qualche modo salire su un’astronave, trasportarti attraverso vari wormhole nel lontano passato e orbitare accanto a quella galassia. Allora come sarà?
“Se puoi essere proprio accanto ad essa, la galassia sarà molto blu ai tuoi occhi perché sta creando stelle”, ha detto Robertson. “Sarebbe molto blu brillante nell’universo primordiale.”
Un indovinello sui primi tempi
Ora, gli astronomi che esaminano i dati JWST dell’universo primordiale hanno trovato qualcosa che sfida le aspettative: molto Diverse galassie luminose.
La luminosità è un’approssimazione della massa. Le galassie più luminose, quindi, sono generalmente considerate le più massicce. Ma le galassie richiedono tempo per crescere. I teorici hanno precedentemente sviluppato una linea temporale generale per l’evoluzione delle prime galassie, e quelle rilevate da JWST sembrano a prima vista notevolmente mature per la loro età.
JWST potrebbe dire agli scienziati che la formazione delle galassie nell’universo primordiale era in qualche modo più efficiente di quanto precedentemente noto.
“Dobbiamo apportare alcune modifiche alle nostre teorie su come quelle prime galassie si sono formate e hanno fatto crescere le loro stelle”, ha detto. Jayhan Kurtaldeb, astrofisico del Rochester Institute of Technology.
“Niente di ciò che abbiamo visto ci fa pensare che abbiamo violato la cosmologia”, ha detto Rigby. “Ciò che ci dice è che le galassie si sono fuse prima di quanto abbiamo dato loro credito per le loro azioni”.
Per quelli di noi che non sono astrofisici, i buchi neri possono essere un altro fattore nella luminosità di quelle prime galassie. Sebbene un buco nero per definizione sia un sistema con un campo gravitazionale così intenso che nemmeno la luce può sfuggire, la regione attorno al buco nero si illumina mentre il gas e la polvere si riscaldano e cadono verso l’orizzonte degli eventi.
L’anno scorso, Rebecca Larson, allora studentessa di dottorato presso l’Università del Texas ad Austin, ha notato qualcosa di strano. Quando ha esaminato i dati della galassia più distante chiamata CEERS 1019. Luce – 13 miliardi di anni fa – quando l’universo ruotava e le galassie erano minuscoli ammassi dalla forma goffa di stelle calde, giovani e di un blu brillante.
Larson era perplesso dalla luce insolitamente intensa proveniente dal centro di CEERS 1019. “che crudeltà?” lei ha pensato.
Lo ha indovinato – correttamente – come un buco nero supermassiccio. La galassia, sebbene giovane, è già riuscita a far crescere un buco nero che gli scienziati stimano abbia una massa pari a 10 milioni di soli. Il rapporto di Larsen e dei suoi colleghi lo descrive come il primo buco nero supermassiccio attivo mai rilevato.
Entusiasta degli esopianeti
L’anno scorso ha iniziato a dimostrare che JWST è una “centrale elettrica spettroscopica”, nelle parole dell’astrofisico Garth Illingworth. Ha dimostrato di essere sorprendente nell’individuare gli spettri di luce che raccoglie, che contengono informazioni sull’oggetto osservato.
Questa capacità ha prodotto una delle prime grandi scoperte del telescopio: l’anidride carbonica nell’atmosfera di un pianeta gigante, WASP 39b, in orbita attorno a una stella lontana. Il pianeta stesso non è visibile con la tecnologia attuale. Ma mentre passa davanti o dietro la sua stella madre, i cambiamenti nella luce stellare codificano le informazioni sull’atmosfera del pianeta.
Fino al JWST, nessuno aveva rilevato in modo affidabile l’anidride carbonica nell’atmosfera di un esopianeta, ha detto l’astrofisica della NASA Nicole Colon.
“Abbiamo visto la firma spettrale di quella caratteristica per la prima volta, ed è stato bellissimo”, ha detto. “Ci ha colpito in faccia. Ed ecco questo fantastico segnale, è stato fantastico.
Per essere chiari, gli scienziati che esaminano gli spettri stanno osservando presentazioni grafiche dei dati, non immagini reali. Larson, che ha scoperto il buco nero supermassiccio, è stato così commosso dalla firma spettrale di una regione luminosa centrale nella galassia che, come ha detto, “non avrei mai pensato di vedere immagini reali da JWST”.
Fu allora che Kurtaldeb le mostrò l’immagine della costellazione attraverso il telescopio. Sorprendentemente, la galassia aveva tre punti luminosi, con un punto particolarmente luminoso nel mezzo. È il più grande buco nero di Larson.
“Ho iniziato a piangere”, ha detto.
