5 manieren waarop NASA’s JWST de wetenschap voor altijd kan veranderen

NASA’s James Webb-ruimtetelescoop schijnt naar zijn eindbestemming met misschien de maximale hoeveelheid brandstof waar we op hadden gehoopt, glinsterend in het zonlicht terwijl hij zich terugtrekt uit het zicht van de laatste fase van zijn Ariane 5-raket. In plaats van een geplande 5,5-10 jaar aan wetenschappelijke operaties, verwachten we een levensduur van meer dan 20 jaar voor JWST.

Deze animatie met drie panelen toont het verschil tussen 18 afzonderlijke afbeeldingen die niet zijn uitgelijnd, diezelfde afbeeldingen nadat elke clip beter was samengesteld, en vervolgens de uiteindelijke afbeelding waar de afzonderlijke afbeeldingen van alle 18 JWST-spiegels werden gestapeld en bij elkaar opgeteld. Het patroon gemaakt door deze ster, bekend als een “nachtmerrie-sneeuwvlok”, kan worden verbeterd met een betere kalibratie.

Dit is een gesimuleerd JWST/NIRCam-mozaïek gemaakt met JAGUAR en Guitarra om NIRCam-beelden te simuleren, op de geprojecteerde diepte van JADES Deep. Het is zeer waarschijnlijk dat James Webb in zijn eerste jaar van wetenschappelijke operaties veel van de records die Hubble in de loop van 32 jaar (en nog steeds) heeft gevestigd, zal breken, inclusief de records voor de meest verre sterrenstelsels en de meest verre ster.

Hoewel de Spitzer (gelanceerd in 2003) ouder was dan de WISE (gelanceerd in 2009), had hij een grotere spiegel en een smaller gezichtsveld. Zelfs het eerste JWST-beeld van vergelijkbare golflengten, dat ernaast wordt weergegeven, kan dezelfde kenmerken in hetzelfde gebied met ongekende nauwkeurigheid oplossen. Dit is een voorproefje van de wetenschap die we gaan krijgen.

Wanneer een exoplaneet voor zijn moederster passeert, zal een deel van het licht van die ster door de atmosfeer van de exoplaneet stromen, waardoor we dat licht kunnen opsplitsen in zijn samenstellende golflengten en de atomaire en moleculaire samenstelling van de atmosfeer kunnen karakteriseren. Als de planeet bewoond is, kunnen we unieke biometrische vingerafdrukken onthullen.

De eerste sterren en sterrenstelsels die zich vormden, zouden de thuisbasis moeten zijn van de sterren van de derde clusters: sterren bestaan ​​uit de elementen die voor het eerst werden gevormd tijdens de hete oerknal, die voor 99,999999% uitsluitend uit waterstof en helium bestaan. Een dergelijke populatie is nog nooit eerder gezien of bevestigd, maar sommigen hopen dat de James Webb Space Telescope het zal onthullen. Ondertussen zijn de buitenste sterrenstelsels allemaal erg helder en blauw van kleur, maar niet helemaal zuiver.

Illustratie van CR7, het eerste ontdekte sterrenstelsel waarvan werd aangenomen dat het de sterren van Cluster C bevatte: de eerste sterren die ooit in het universum zijn gevormd. Later werd vastgesteld dat deze sterren toch niet puur zijn, maar deel uitmaken van een groep metaalarme sterren. De allereerste sterren moeten zwaarder, groter en korter zijn geweest dan de sterren die we vandaag zien, en door het licht van metaalarme sterren te meten en te begrijpen, kunnen we extra licht scheiden om naar bewijs te zoeken. Een werkelijk originele astrale bevolking.

Deze artistieke impressie van de stoffige kern van het hybride object melkweg-quasar, GNz7q, toont een enorm, groeiend zwart gat in het centrum van een stofrijk sterrenstelsel dat nieuwe sterren vormt in een doorsnede van ongeveer 1600 zonsmassa’s gelijk aan sterren elk jaar: gemiddeld ongeveer 3000 keer de Melkweg.

In deze vergelijkingsweergave worden de Hubble-gegevens in violet weergegeven, terwijl de ALMA-gegevens, die koud stof en gas detecteren (die zelf wijzen op de mogelijkheid van stervorming), in oranje zijn weergegeven. Het is duidelijk dat ALMA niet alleen kenmerken en details onthult die Hubble niet kan zien, maar soms ook de aanwezigheid van objecten laat zien die Hubble helemaal niet kan zien. Met de JWST-gegevens opgevouwen, kunnen we misschien bepalen of zwarte gaten dateren van vóór het bestaan ​​van sterren en sterrenstelsels zelf.

Dit kleine stukje van het diepe GOODS-N-veld, afgebeeld met verschillende observatoria, waaronder Hubble, Spitzer, Chandra, XMM-Newton, Herschel, VLT en meer, bevat wat een onopvallende rode stip lijkt te zijn. Dit object, een quasi-galactische hybride slechts 730 miljoen jaar geleden na de oerknal, kan een sleutel zijn tot het oplossen van het mysterie van de intergalactische evolutie van zwarte gaten. Ooit gespeculeerd, is het bewijs voor het fysieke bestaan ​​en de alomtegenwoordigheid van zwarte gaten nu overweldigend.

Als je begon met een primair zwart gat toen het heelal nog maar 100 miljoen jaar oud was, dan is er een limiet aan de snelheid waarmee het kan groeien: de Eddington-limiet. Ofwel beginnen deze zwarte gaten groter dan onze theorieën voorspellen, vormen ze eerder dan we ons realiseren, of ze groeien sneller dan ons huidige begrip toelaat om de massawaarden die we waarnemen te bereiken. Het onderzoeken van hybriden uit het quasarstelsel kan een sleutel zijn tot het ontrafelen van dit mysterie.

Als het universum werd geboren met oerzwarte gaten, een volledig niet-standaard scenario, en als die zwarte gaten de zaden zijn van de superzware zwarte gaten die ons universum doordringen, zullen er tekenen zijn dat toekomstige observatoria, zoals de James Webb Space Telescope , gevoelig voor zal zijn.

Veel nabije sterrenstelsels, inclusief alle sterrenstelsels van de Lokale Groep (uiterst links geclusterd), vertonen een verband tussen hun massa- en snelheidsverspreiding, wat wijst op de aanwezigheid van donkere materie. NGC 1052-DF2 is het eerste bekende sterrenstelsel dat alleen uit gewone materie lijkt te bestaan ​​en werd later in 2019 vergezeld door DF4. Sterrenstelsels zoals Segue 1 en Segue 3 zijn echter bijzonder rijk aan donkere materie. Er zijn verschillende eigenschappen en sterrenstelsels zonder donkere materie zijn niet goed begrepen.

NGC 1052-DF4, een van de twee satellietstelsels van NGC 1052 die zijn ontworpen om inwendig geen donkere materie te bevatten, vertoont enig bewijs van getijdenverstoring; Een effect dat het gemakkelijkst te zien is in het paneel aan de rechterkant, zodra de omgevingslichtbronnen nauwkeurig zijn ontworpen en verwijderd. Het is onwaarschijnlijk dat dergelijke sterrenstelsels lang zullen leven in rijke omgevingen zonder donkere materie om ze bij elkaar te houden, maar de mechanismen van hun vorming staan ​​nog steeds ter discussie.

Begin 2022 produceerde een kosmische simulatie voor het eerst donkere-materie-deficiënte sterrenstelsels die overeenkomen met onze waargenomen donkere-materie-deficiënte sterrenstelsels over een verscheidenheid aan eigenschappen. In de toekomst zullen betere waarnemingen en grotere datasets in staat zijn om deze voorspellingen robuust te testen en de effectiviteit van de simulatie te bepalen.