A James Webb űrteleszkóp

James Webb logo

2022-ben a csillagászati távcsöves megfigyelési szekcióban egy forradalmian új korszak kezdődött. Ekkor kezdték működésbe hozni a nemrégen felbocsájtott James Webb Űrteleszkópot, ami messze felülmúlta az előzetes várakozásokat is, ugyanis az eszköz használatával az univerzum minden eddiginél régebbi állapotára láthatunk vissza, valamint az eddigieknél is sokkal részletesebb képeket kaphatunk.

A James Webb infravörös teleszkópja, valamint egyéb műszerei a lehetőségek széles skáláját fogják feltárni, amelyek segítenek megérteni az univerzum eredetét és benne a mi helyünket.

A tények számokban

Elsődleges tükörméret: 21,3 láb (kb. 6,5 méter)
A tükör formája: 18 darab, különálló aranyozott hatszög.
Napfény védelem: Ötrétegű, teniszpálya méretű, telepíthető.
Eszközök: A teleszkópnak négy különálló műszere van:
- közeli infravörös kamera (NIRCam)
- közeli infravörös spektrográf (NIRSpec)
- közeli infravörös műszer (MIRI)
- közeli infravörös képalkotó és vezetési érzékelő (NIRISS és FGS)
Hullámhosszak: Látható, közeli infravörös, közepes infravörös (0,6-28,5 mikrométer)
Távolság a Földtől: 1 millió mérföld (kb. 1,5 millió km)
Űrbeli hely: A Nap körüli 2-es Lagrange keringési pont (Ez igen stabil hely!)

A műszerek a NASA rajzán:

(Forrás: https://www.jwst.nasa.gov/content/webbLaunch/assets/documents/WebbFactSheet.pdf)

Fény keresése az Univerzum legrégebbi galaxisaiból

Az új űrtávcső közvetlenül meg tudja figyelni a téridő egy eddig soha nem látott részét, mivel az űrteleszkóp abba a korszakba képes visszatekinteni, amikor az Univerzum kb.13,5 milliárd éve keletkezett. Akkoriban jöttek létre a legelső galaxisok és benne formálódtak a legelső csillagok. Az akkoriban kibocsájtott fény érzékelésére eddig nem volt megfelelő eszközünk, de a James Webb Űrteleszkóp kialakítása miatt képes látni ezeket a réges-régi objektumokat, ráadásul példátlan felbontással és érzékenységgel.

A távoli világok és a Naprendszer felfedezése

Az új űrteleszkóp a közeli univerzum tanulmányozásában is igen hatékony eszköz lesz. A tudósok az új űreszköz segítségével fogják tanulmányozni a Naprendszerünk bolygóit és egyé objektumait, hogy meghatározzák eredetüket, fejlődésüket és összehasonlítsák egyéb exobolygókkal, vagy más csillagok közül keringő bolygókkal. A James Webb Űrteleszkóp segítségével fogják tanulmányozni idegen csillagok lakhatósági zónájában keringő bolygókat. Ez olyan planétákat jelent, ahol lehetséges a folyékony víz jelenléte, ami a mi fogalmaink szerinti élet egyik alapfeltétele. A transzmissziós spektroszkópiás észlelés segítségével tanulmányozhatóvá válik a bolygó légköre, miközben a mögött lévő csillag fénye átszűrődik azon.

Forrás: https://www.jwst.nasa.gov/content/webbLaunch/assets/documents/WebbFactSheet.pdf

Az idegen bolygón tanulmányozásának egyik legelső eredménye a 700 fényévnyire lévő WASP-39b forró gázóriás légkörében kimutatott széndioxid. A bolygó tömege nagyjából ¼-e a Jupiterének (kb. azonos a Szaturnuszéval), de átmérője 1,3-szerese a Jupiterének. Igen kis sűrűsége és puffadtsága a csillag-közeliségének is köszönhető, mivel a bolygón átlagosan 900 ^oC van. A mi Naprendszerünk rideg tájain keringő gázóriásokkal ellentétben a WASP-39b nagyon közel kering a csillagához, amely mindössze 1/8 a Nap és a Merkúr távolságának. Egy kört négy napnál kicsit több idő alatt tesz meg. Amúgy a bolygó felfedezése még 2011-ben történt, amikor az anyacsillag periodikus elhalványodására felfigyeltek. Más távcsövek pl. a Spitzer vagy a Hubble mérései alapján már vízgőzt, nátriumot és káliumot is kimutattak a bolygó légkörében. A James Webb űrteleszkóp páratlanul érzékeny infravörös kamerája egyértelműen kimutatta a széndioxid jelenlétét.

(Kép eredetije: https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/stsci-01gb31ew92w5933hyw7qsmwbqd.png)

Az alsó képen a WASP-39b bolygó művészi ábrázolása látható.

(Kép eredetije: https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/stsci-01gb2s5hkvnrj4crbr9rkm9ceb.png)

Körülmények

Az űrteleszkóp folyamatosan küldi a jobbnál jobb képeket. De mielőtt ezekre a képekre rátérnénk, foglalkozni kell a körülményekkel. Maga a hely az L2-esnek nevezett pont. Mind az 5 Lagrange pont a csillagászati tér azon helyei, ahol egy kis test két, egymás körül keringő nagyobb test gravitációs vonzásának hatására viszonylagos nyugalomban van. Érdemes megnézni a Wikipédia grafikáját: https://hu.wikipedia.org/wiki/F%C3%A1jl:Lagrangian_points_equipotential.gif

A Nap felőli oldal hőmérséklete: +12^oC és 45^oC között.
A sötét oldal hőmérséklete: -236^oC és -231^oC között.
A pillanatnyi értékeket, beleértve a műszerek pillanatnyi hőmérsékletét is, meg lehet nézni itt:
https://www.jwst.nasa.gov/content/webbLaunch/whereIsWebb.html?units=metric

Fényképek

A NASA, mint kormányzati ügynökség, mindig is törekedett arra, hogy látványos eredményeket mutasson fel. Ennek legegyszerűbb lehetősége az elkészült képek gyors nyilvánosságra hozatala. A legelső képeket ebben az albumban lehet megtekinteni:

https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/albums/72177720300469752

Az egyik képen egy csillag-bölcsöde látható, tehát egy olyan halmaz, amelyben csillagok születnek. Ez a folyamat a számítások szerint 50-100 ezer évig tart. Ebbe adott egy bepillantást az új űrteleszkóp:

(Kép forrása: https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/52210580092/in/album-72177720300469752/)

A másik képen öt galaxis látható, közülük négy erős kölcsönhatásban van. (A kép bal oldalán látható az ötödik galaxis, amelyik jóval közelebb van, mint a csoport többi tagja.) Ezek a galaxisok a közöttük ható gravitációs erővel húzzák egymást és össze fognak olvadni.

Ez a mozaikkép a James Webb teleszkóp eddigi legnagyobb képe, amely a Földről nézve a Hold átmérőjének 1/5-ét fedi le. Több, mint 150 millió pixelt tartalmaz és kb. 1000 képből épül fel.

(Kép forrása: https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/52210580092/in/album-72177720300469752/)

A következő képen egy haldokló csillag és annak anyagmaradványa látható, melyet egy fiatalabb csillag "takarít" össze.

A csillagok életük vége felé, amikor elfogy a hidrogén-üzemanyaguk, nem tudnak már fúziót létrehozni a belsejükben, így a hatalmas súlyuk alatt összeomlanak. Ám ez az összeroskadás jóval tömörebb anyagokat hoz létre, így egy óriási robbanást idéz elő. Ez a szupernóva-robbanás repíti ki a csillag legkülső részén lévő anyag jó részét, így létrehozva a haldokló csillag körüli anyagburkot. Évezredek alatt ez a finom anyag szétszóródik a környező térben, igen vonzó látványt létrehozva.

A képen bal oldalon látható fiatal csillag összegyűjti a kilökött anyagmaradványok egy részét, így egyrészt saját tömegét növeli, másrészt létrehozhat maga körül egy bolygórendszert is.

(Kép forrása: https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/52210580092/in/album-72177720300469752/)

A következő képet maga Joe Biden amerikai elnök mutatta be, mint a JWST legelső mélyűri felvételét. A fotó maga a SMACS 0723-as galaxishalmazt ábrázolja. Ez egy igen parányi szelete az éjszakai égboltnak. A méretarány miatt: karnyújtásnyira lévő homokszem méretéről beszélünk, mégis a kép galaxisok ezreit tárja fel. Maga a látvány kb. 4,6 milliárd éves lehet, így az univerzum igen régi koraiba nyújt visszatekintést.

Érdekesség, hogy ez a kép a JWST-nek ez kevesebb, mint egy napi munkájába került. Az eddigi legjobbnak tekintett Hubble Űrteleszkóp hasonló mélymezős képei akár hetekig tartó fényképezési idővel készültek.

A képen egyes galaxisok "kitüremkednek" a többi közül. Más szóval úgy tűnik, mintha elhajlanának. Ez a galaxishalmaz kombinált tömegének gravitációs lencse-hatása miatt van így, ami a távolabbi galaxisokból érkező fénysugarakat maga mögé hajlítja, felnagyítva azokat. Ez a kép nem az Univerzum általunk megfigyelhető legrégebbi állapotát mutatja be, mivel a JWST csak néhány 100 millió évvel az Ősrobbanás utánig képes látni. A nem infravörös programok, mint a COBE vagy a WMAP azonban kb. 380ezer évvel az Ősrobbanás utánig képesek visszatekinteni.

(Kép eredetije: https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/52211811679/in/album-72177720300469752/)

Az utolsó képen egy grafika látható. A déli féltekén látható főnix csillagképben található a tőlünk kb. 1150 fényévre lévő WASP-96 csillag és annak bolygói. A sorban második, "b" jelű bolygót vizsgálta meg az űrtávcső, mialatt áthaladt a csillag előtt.
Ez egy nagy, forró Jupiter-típusú gázóriás, amely rendelkezik légkörrel és nagyon közel kering a központi csillagához. Valójában a hőmérséklete meghaladja az 1000 F fokot (537 ^oC), így lényegesen melegebb, mint bármilyen ismert bolygó a Naprendszerünkön belül. A felvételek alapján egyértelmű, hogy a légkörben van víz, valamint észlelhető köd és felhők megléte is.

Amikor JWST egy légkörrel rendelkező bolygó csillag előtti átvonulását észleli, annak spektrográfjai infravörös szivárványra osztják fel a fényt. Ennek a fénynek az elemzésével a tudósok megkereshetik a spektrum egyes elemeinek vagy molekuláinak jellegzetes jeleit. Meg kell jegyezni, hogy a háttérben lévő bolygó csak egy elképzelt kinézete a WASP-69b-nek, mivel még ez a kifinomult technika sem képes a bolygóról közvetlen felvételt készíteni.

(Kép eredetije: https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/52211811679/in/album-72177720300469752/)

A továbbiakban a NASA nyilvánosságra hozott néhány kalibrációs képet, amelyet tesztelési célra készítettek. Ezeken pl. a Jupiter látható. A megfelelő bejegyzés itt található:
https://twitter.com/NASAWebb/status/1547686575265312771

Kicsit bővebben a képről és annak részleteiről itt olvashatunk (angolul):
https://blogs.nasa.gov/webb/2022/07/14/webb-images-of-jupiter-and-more-now-available-in-commissioning-data/

Érdemes ránézni a következő képekre is:

Kocsikerék (cartwheel) galaxis:

(Kép eredetije: https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/52258939646/in/album-72177720301006030/ )

Ez a galaxis egy kb. 400 millió évvel ezelőtti, nagy sebességű kozmikus ütközésből jött létre. Így alakult ki egy fényes belső gyűrű és egy színes külső gyűrű. Mindkét gyűrű a néhai lökéshullám következményeképpen kifelé tágul az ütközés középpontjából. A becsapódás ellenére az ütközés előtti, nagy spirális galaxis anyagának jó részét megőrizte, beleértve a forgó karjait is. Ezek a küllők ihlették a kocsikerék elnevezést is.

Jupiter:

A JWST egyik legszebb képét a Naprendszerünk legnagyobb bolygójáról, a Jupiterről készítette.

(Kép eredetije: https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/52303684090/in/album-72177720301006030/)

A Naprendszerünk óriásán belül sok minden történik. Óriási viharok, erős szelek, szélsőséges hőmérsékleti és nyomásviszonyok jellemzik a bolygót. A JWST képei minden eddiginél több szempontot adnak hozzá az eddigi elemzésekhez. Maguk a kép készítői sem számítottak arra, hogy ennyire jó lesz a kép, amely a JWST infravörös kamerájából (NIRCam) származik. Az eszköz maga három speciális infravörös szűrővel rendelkezik. Mivel a fény spektrumának ezen tartománya láthatatlan az emberi szem számára, így a tudósok a fényt a látható tartományra vetítették át. Általában a leghosszabb hullámhosszak vörösebbnek, a legrövidebb hullámhosszak pedig kékebbnek jelennek meg. A bolygó vízszintes csíkjai kék, barna és krémszínűek. Elektromos kék fények világítanak a bolygó északi és déli pólusai felett, melyekből a mágneses mezők miatt fehér sarki fények is világítanak. Ebben a széles látómezőben a bolygó mellett jól láthatóan a halvány fényben látható gyűrűk, valamint két aprócska hold, az Amalthea és a Adrastea. A további kisebb foltok valószínűleg a távoli galaxisok halvány fényei.

Az alábbi képet pedig a JWST Facebook-oldalán találtam. Kiválóan megmutatja a technológia 120 év alatti fejlődését.

Neptunusz

A Jupiter felvételének sikere miatt a JWST-t ráfordították Naprendszerünk egy másik gázóriására, a távoli Neptunuszra. Íme az infravörös fényben készült látkép:

A képen jól láthatók a bolygó atmoszférájának legkülső rétegei, pár hold, valamint a főleg por alkotta gyűrűi. Ezt utoljára a Voyager-2 mutatta meg még 1989-ben! A képet felnagyítva két élesebb, valamint két szélesebb, halványabb gyűrű látható; továbbá hat fehér pötty, amik a Neptunusz holdjai. A bolygó alján néhány rendkívül fényes folt metánjégfelhőket jelent. Látható fényben a Neptunusz kéknek tűnik a légkörében lévő kis mennyiségű metán miatt. Itt a JSWT NIRCam műszere közel infravörös hullámhosszon figyelte meg a Neptunuszt, így a Neptunusz nem tűnik olyan kéknek!
További részletek: https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/52373100757/in/album-72177720301006030/

Egy másik képen a holdakat helyezték előtérbe és mindet feliratozták. A bolygó Triton nevű óriásholdja teljes napsütésben fénylik.

Mivel a Tritont fagyott, kondenzált nitrogén borítja, ezért az őt érő napfény nagy részét visszaveri, így lehet ilyen fényes a felvételen.
További részletek: https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/52374271658/in/album-72177720301006030/

Első exobolygó

2022.szept.1-én a JWST elkészítette az első fotóját, amit egy Naprendszeren kívüli bolygóról készített. A képen a HIP 65426 b nevű gázóriás látható, amely körülbelül hat-tizenkétszerese a Jupiter tömegének. Planetáris időkeretek között fiatal, mivel körülbelül 15-20 millió éves, ellentétben a mi 4,5 milliárd éves Földünkkel.

(Kép eredetije: https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/52327217300/in/album-72177720301006030/)

A bolygó négy képét a JWST NIRCam és MIRI (infravörös) műszerei készítették. A fehér csillag a bolygó anyacsillagát jelzi, melynek fényét a teleszkóp műszerei blokkolják. Az exobolygó azért néz ki ilyen furcsán, mert az űr hatalmas és az exobolygó igen messze van.
A képen látható, HIP 65426 b nevű exobolygó a Jupiter tömegének 6-12-szerese és a többi bolygóhoz képest fiatal – csak 5-20 millió éves, szemben a mi 4,5 milliárd éves Földünkkel. Ráadásul ez a bolygó 100-szor messzebb van a csillagától, mint a Föld a Naptól.
Bár a JWST potenciálisan új bolygókat fedezhet fel, de ezt 2017-ben találták meg a SPHERE műszerrel az Európai Déli Obszervatórium óriási távcsövén Chilében. A Föld légköre felett az űrteleszkóp olyan részleteket is láthat a bolygóról, amelyeket a földi teleszkópok nem tudnak.
Továbbiak: https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/albums/72177720301006030

Az első gyűrűs kisbolygó

A csillagászok sokáig azt gondolták, hogy csak a nagyobb bolygóknak lehetnek gyűrűi, de 2013-ban a Chariklo nevű kentaur-típusú kisbolygónál fedeztek fel gyűrűket egy csillag előtti átfedés során. Ezt a felfedezést erősítette meg a JWST is 2023. januárjában. Maga a 10199 Chariklo egy kb. 250 km átmérőjű kisbolygó, amely a Szaturnusz és az Uránusz közötti régióban kering. (https://solarsystem.nasa.gov/asteroids-comets-and-meteors/asteroids/10199-chariklo/in-depth/

Az első születésnap

Több kép is készült eme jeles nap közeledtével. A 390 fényévnyire található Rho Opchiuchi csillagrendszerben található napszerű csillagokat most sikerült először zavartalanul megfigyelni, és ez további kutatásokhoz és megfigyelésekhez biztosít adatokat.

Kép eredetije: https://assets.4cdn.hu/kraken/7vBrWgEOxGFJLc8Os-xl.png

A kutatók a képen látható területet dinamikusan változónak írják le, benne kb. 50 fiatal csillaggal és új bolygórendszerek kialakulására utaló jelekkel. Ezeket fogják vizsgálni a jövőben a szakemberek a felvételek alapján. Részletesebben: https://qubit.hu/2023/07/13/soha-nem-latott-kepekkel-unnepli-a-james-webb-urtavcso-mukodesenek-elso-evet-a-nasa

Folytatás?

Nyilván minden eddiginél izgalmasabb és jobb képek. Érdemes figyelni a NASA JWST kommunikációját, például ezen a weblapon: https://www.jwst.nasa.gov/

Másik lehetőség a NASA Youtube csatornája. Érdemes rákeresni!