Ingaggiare! Il telescopio Webb si prepara a svelare i segreti dell’evoluzione galattica

Il cosmo ha fatto molta strada (gioco di parole). Ma la storia più fantastica di tutti i tempi non è stata completamente compresa, specialmente i primi capitoli, “scritti” nella storia durante i primi due o trecento milioni di anni dei 13,8 miliardi di anni di esistenza dell’universo.

Il James Webb Space Telescope potrebbe essere la chiave. L’osservatorio può sembrare tre volte più indietro nel tempo rispetto all’iconico Hubble. Il Webb rileverà lunghezze d’onda dell’infrarosso abbastanza lunghe da penetrare attraverso il denso smog di tutta la luce e la polvere che si trovano tra la Terra e le postazioni galattiche più lontane, rivelando informazioni sull’antico universo in cui queste lunghezze d’onda hanno iniziato il loro viaggio nello spazio miliardi di anni fa.

Sebbene non sia ancora pronto per raccogliere dati, il telescopio Webb promette un livello di percezione reso possibile dai suoi quattro strumenti. Questi strumenti possono operare allo stesso tempo per sottrarre osservazioni di oggetti come le galassie, massimizzando l’efficienza del telescopio.

Telescopio James Webb: aggiornamento della missione

Il 17 marzo, la NASA ha annunciato che il Webb ha iniziato una nuova fase dei suoi preparativi per guardare in profondità nello spazio e nel tempo: una procedura di sei settimane chiamata allineamento multi-strumento multi-campo (MIMF). Questo processo contribuirà a garantire che tutti e quattro i suoi strumenti scientifici diventino attivi entro l’estate di quest’anno.

Il processo è un passaggio fondamentale successivo al trionfo più recente di Webb: produrre la prima immagine focalizzata della missione, rilasciata dalla NASA l’11 marzo, di una stella. L’immagine è stata resa possibile allineando accuratamente tutti i 18 segmenti speculari di Webb in modo che funzionino come una singola unità, ma anche questa procedura è ancora in corso, spiega Jonathan Gardner, vice scienziato senior del progetto Webb a Inverso.

In questa immagine, la prima immagine a fuoco di Webb di una stella, puoi anche vedere piccoli punti rossi luminosi: si tratta di galassie nel lontano universo.Nasa

“Li abbiamo allineati in modo da poter avere un’immagine perfettamente a fuoco in una delle nostre quattro fotocamere, ma ora dobbiamo cambiare tale allineamento in modo che sia perfetto nell’intero campo visivo di tutti e quattro gli strumenti”, afferma Gardner.

L’attuale processo di allineamento sarà seguito da due mesi di revisione dei diversi filtri e modalità di tutte e quattro le fotocamere del telescopio. Infine, i preparativi raggiungeranno un crescendo in estate quando la missione rilascerà le sue prime immagini scientifiche. Gardner prevede che questi saranno pubblicati a metà luglio 2022.

Cosa rileverà il Webb?

Un’area centrale di studio per il Webb saranno le prime galassie. Questi corpi cosmici sono fari per gli scienziati che indagano sull’universo primordiale. Poiché Webb consente agli scienziati di utilizzare più di uno strumento in un dato momento, può raccogliere gocce più preziose di luce galattica che emana distante da queste lanterne lontane.

Lo scienziato interdisciplinare di Webb Rogier Windhorst spiega come funziona: immagina “una fetta di ananas circolare completa con un buco nel mezzo” come sostituto del campo visivo di Webb.

All’interno di quel campo visivo, due dei quattro strumenti operativi possono osservare il cielo contemporaneamente, dice Windhorst.

La raccolta di dati da due strumenti contemporaneamente consente agli scienziati di raccogliere il doppio delle informazioni sull’universo distante in una singola finestra di tempo. Ad esempio, se qualcuno scatta un’immagine di due diverse regioni non adiacenti dell’universo primordiale attraverso lo stesso filtro. Uno scatto, ma il doppio dei dati.

“Devi pianificarlo per assicurarti che i dati siano utili, ma se lo pianifichi correttamente, essenzialmente raddoppi i dati. In tal modo l’osservazione è due volte più efficiente “, afferma Windhorst. Ciò può essere particolarmente utile per le indagini in campo profondo, che osservano a lungo un singolo campo visivo per raccogliere quanti più dati possibili affinché gli scienziati possano poi setacciarli.

L’immagine mostra una porzione centrale dell’Hubble Deep Field, creata dalle esposizioni scattate nel 1995. L’Hubble Deep Field copre un pezzo di cielo di circa un tredicesimo del diametro della Luna piena.Nasa

L’Hubble Ultra Deep Field è una delle imprese più significative compiute dal predecessore di Webb. Hubble ha trascorso 592 ore a creare quell’iconico paesaggio cosmico; Webb impiegherebbe solo 30 ore per fare lo stesso, afferma Windhorst.

“Il tipo di capacità parallela viene con il design del telescopio”, spiega Gardner, scienziato di Webb.

“Ma per prendere qualsiasi tipo di dato, i quattro strumenti… devono essere allineati per avere una buona immagine nitida in quegli strumenti. E questo è il processo in cui ci troviamo in questo momento”.

Secondo Windhorst, la NIRCam (Near-Infrared Camera) e il Near-Infrared Imager e lo Slitless Spectrograph (NIRISS) di Webb sono estremamente efficienti in tandem l’uno con l’altro perché sono strumenti simili, quindi i dati di uno si integrano con l’altro.

Come Webb potrebbe spiegare l’evoluzione galattica

C’è un altro grande motivo per cui questo approccio è utile: l’analisi statistica delle galassie ci aiuta a capire la loro evoluzione.

Le galassie sono le isole dell’universo dove si concentrano materia, materia oscura e luce. Le stelle e i pianeti che si sono fusi nelle prime galassie potrebbero aver fatto così rapidamente in alcuni luoghi da produrre buchi neri supermassicci, che ora si trovano al centro di quasi tutte le galassie che abbiamo mai osservato. Le galassie dei primi milioni di anni dell’universo saranno frequenti bersagli degli incredibili occhi di Webb; galassie al limite delle capacità di Hubble che possono portare i ricercatori un passo avanti nella comprensione del motivo per cui l’universo appare come appare oggi.

Gli oggetti più lontani che possiamo vedere ci sembrano come apparsi nell’universo primordiale quando la loro luce ha iniziato a viaggiare.Nasa

È un gioco di numeri: poiché le galassie si evolvono su scale temporali tremendamente lunghe di milioni e miliardi di anni, non è possibile osservare i cambiamenti di una singola galassia in tempo reale. I cosmologi che studiano l’evoluzione di queste strutture non possono avvicinarsi alla loro ricerca nel modo in cui un orticoltore può studiare una singola pianta per spigolarne le trasformazioni.

“Quello che dobbiamo fare con le galassie è che dobbiamo guardare le galassie più lontane per vedere come iniziano le galassie, e quindi dobbiamo guardare le galassie meno distanti per vedere il tipo di proprietà medie che cambiano nel tempo. Non possiamo fare un confronto uno a uno “, afferma Gardner.

Gli scienziati effettuano indagini sul campo profondo per cercare di individuare questi lenti cambiamenti. La raccolta parallela di dati aumenta il numero di galassie di età simile che possono guardare in modi diversi contemporaneamente, rivelando maggiori informazioni su un particolare capitolo della storia dell’universo.

Oltre al bersaglio primario, gli strumenti di Webb potrebbero anche raccogliere osservazioni di galassie più vecchie o più giovani. Ciò fornisce dati di diversi stadi evolutivi che altrimenti potrebbero passare inosservati.

“È come l’archeologia o la paleontologia: mentre scavi più a fondo, potresti vedere strati sempre più vecchi, ma non vedi le stesse cose”, dice Gardner.

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