​a James Webb felvétele

A James Webb űrteleszkóp a világegyetemről készített első mélyűri felvételével úgy mutatta meg kozmoszunkat, ahogyan még soha.


2022. július 11-én történelmet írtak, amikor a James Webb űrteleszkóp (JWST) legelső tudományos képét bemutatták a világnak. Megjelenésekor azonnal megdöntötte az Univerzumról valaha készült legmélyebb felvétel kozmikus rekordját: ez figyelemre méltó teljesítmény. Ezt a rekordot korábban a Hubble Űrteleszkóp tartotta, amely először 1994-ben állította fel a rekordot az eredeti Hubble Deep Fielddel, és amely számos alkalommal megdöntötte saját rekordját.

A JWST első tudományos kiadását megelőzően a kozmoszunk legmélyebb látképe a Hubble eXtreme Deep Fieldből származott: az űr egy olyan kicsi régiója, amely az égbolt mindössze 1/32 000 000-ed részét foglalja el. Ezen belül 5500 galaxist találtak, amelyek szinte az Univerzum teljes történetét átfogják: az ősrobbanás utáni alig 400 millió évtől napjainkig, vagyis attól az időponttól kezdve, amikor az Univerzum a jelenlegi korának mindössze 3%-a volt, egészen a mai állapotáig.

A Hubble-űrteleszkópot elsősorban optikai obszervatóriumnak tervezték: arra optimalizálták, hogy ugyanazokat a fényhullámhosszakat nézze, amelyekre az emberi szem érzékeny. Mivel az űrben, messze a Föld légköre fölött helyezkedik el, nincsenek olyan korlátai, mint egy földi teleszkópnak: olyan hullámhosszakat is meg tud nézni, amelyeket a Föld légköre egyébként elzár. Ez azt jelenti, hogy látja az ultraibolya (rövidebb hullámhosszú) fényt is, ahol a légkör csak részben átlátszó számára, és a spektrum infravörös (hosszabb hullámhosszú) részébe is belelát, ahol csak néhány hullámhossz-tartományt nem zár el teljesen a légkörünk.

Két tényező van, amely alapvető szinten korlátozza azt, amit a Hubble lát, ez a két tényező szó szerint a Hubble és utódja közötti különbséget jelenti:

A Hubble meleg, a JWST hideg. Ha bármit akarsz észlelni, és ez bármire vonatkozik, bármikor, bármilyen körülmények között, akkor képesnek kell lenned arra, hogy a műszeredre jellemző zajon túl jelet láss abból, amit mérsz. Az infravörös sugárzás egyszerűen a hő következménye: egy bizonyos hőmérsékletű tárgyak hőt sugároznak, és ez a hő egy bizonyos hullámhosszúságú fotonok formájában jelenik meg. Minél melegebb, annál több és magasabb energiájú (és egyre rövidebb hullámhosszúságú) fotont bocsát ki. Az alacsony Föld körüli pályán a Hubble még az erősen fényvisszaverő bevonatába burkolva is valahol 200 K körül és felette mozog. Ez korlátozza a hullámhosszúságra vonatkozó képességeit: ~2000 nanométeren (2 mikron) vagy azon túl az obszervatórium túl sok saját belső sugárzást termel ahhoz, hogy hasznos tudományos munkát végezzen.

A JWST az 5 rétegű napvédőjének köszönhetően passzívan 40 K alá hűti az összes műszerét, beleértve a NIRCam-et, a közeli infravörös kamerát, amely aktív hűtés nélkül egészen ~5000 nanométerig (5 mikron) képes látni. A MIRI, a közép-infravörös műszer pedig aktívan 6 K-ig van hűtve, így a végső határán 5000 és 28000 nanométer (5-28 mikron) közötti fényt lát. Ez nagyon-nagyon fontos a tudományos felfedezések szempontjából, mivel a legtávolabbi objektumokat sem lehet meglátni, ha ugyanazokon a hullámhosszakon nézzük, mint ahol az adott fényt eredetileg kibocsátották. Az Univerzum nem statikus, hanem ehelyett tágul: a távoli, gravitációsan nem kötött galaxisok mind távolodnak egymástól a táguló tér hátterében. Amikor egy távoli objektum fényt bocsát ki - még ha kezdetben nagyon kék fényt is -, az Univerzum tágulása egyre hosszabb és hosszabb hullámhosszra nyújtja ezt a fényt.

A Hubble még a leghosszabb hullámhosszon, amire érzékeny, sem tud visszavezetni bennünket az Univerzum történetének első ~3%-ából származó fényt kibocsátó galaxisokhoz. A JWST azonban a NIRCam és a MIRI képességeinek köszönhetően sokkal hosszabb hullámhosszúságú objektumokat is lát, így olyan objektumokat is felfedezhet, amelyek a melegebb obszervatóriumok számára nem észlelhetők. Vannak olyan távoli objektumok, amelyek fénye 13,4 milliárd évbe vagy még több időbe telik, hogy elérjen minket, és ez már túlmutat a Hubble korlátain. De ez az, ahol a kozmikus határok vannak: túl azon a határon, amit a már létező technológiával már láttunk. Ha látni akarjuk a legkorábbi galaxisokat, az első csillagokat és a világegyetemben valaha kialakult legfiatalabb objektumokat, akkor egyszerűen túl kell lépnünk a jelenlegi technológia lehetőségein. Ez hosszabb hullámhosszú és hűvösebb obszervatóriumokat jelent, és a JWST pontosan ezt nyújtja. De a NIRCam még ennél is jobb lesz.

A MIRI műszer használatával, amely az egyetlen aktívan hűtött műszer a JWST fedélzetén, a Hubble űrteleszkóp által érzékelt maximális hullámhossz ~14-szereséig tudunk elmenni. A Hubble hullámhosszkorlátozása miatt a jelenleg legtávolabbi galaxisoknak minősített galaxisok közül sok - köztük a kétes rekordtartó HD1 - valójában nem rendelkezik a szükséges spektroszkópiai megerősítéssel, mivel a keresett színképvonalak meghaladják még a Hubble legjobb műszereinek képességeit is. A JWST kiváló és átfogó hullámhossz-lefedettségével azonban ez a probléma megszűnik.
Ezért olyan fontos tehát a megnövelt hullámhossz-tartomány, ha túl akarunk lépni a Hubble korlátain, amit a JWST meg is tesz. De van egy másik módja is annak, hogy a JWST felülmúlja a Hubble-t, ami ugyanilyen fontos.

a James Webb felv\u00e9tele

a James Webb felvétele

NASA

A teleszkóp mérete meghatározza mind a felbontást, mind a fénygyűjtő képességet. Ha messzebbre akarunk látni a távoli Univerzumban, és olyan jellegzetességeket akarunk látni, amelyeket korábban nem láthattunk, akkor növelni kell a befogott fény összmennyiségét, és emellett jobb felbontással kell megfigyelni az Univerzumot. A JWST-vel a NIRCam képei, különösen a legalacsonyabb hullámhosszakon, a Hubble nagy, 6,5 méteres főtükrének köszönhetően, amely 270%-kal nagyobb átmérőjű, mint a Hubble-é, élesebb képeket fognak készíteni, mint amilyenekre a Hubble valaha is képes volt.

A JWST azonban minden hullámhosszon több mint hétszer annyi fényt gyűjt, mint a Hubble, ami azt jelenti, hogy nemcsak halványabb és távolabbi objektumokat tud feltárni, mint a Hubble valaha is tudott, hanem mindezt kevesebb megfigyelési idő alatt is meg tudja tenni, mint amennyit a Hubble valaha is igényelne. Amihez a Hubble-nek egy hétre van szüksége, azt a JWST egy nap alatt jobban meg tudja csinálni. Amihez a Hubble-nek két hónapra van szüksége, azt a JWST egy hét alatt teljesíteni tudja. Az egész ok, amiért a JWST képes látni azt, amit a Hubble nem, az a méret, a hőmérséklet, a hullámhossz-lefedettség és a csillagok mérete közötti különbség.

(Forrás: BigThink)


A figyelmetekbe ajánljuk