Wat de reuzentelescoop James Webb ziet dat de Hubble niet kan zien

[ad_1]

Astronomen als Christine Chen zijn enthousiast over de lancering van de James Webb-ruimtetelescoop.

Het 10 miljard dollar kostende instrument, half zo groot als een 737-vliegtuig en vol met goudkleurige spiegels, zal een baan om de aarde vliegen op een afstand van 1 miljoen mijl (1609344 kilometer) en naar plaatsen turen die de mensheid nog niet eerder heeft gezien. Daartoe behoren enkele van de eerste sterren die ooit zijn geboren, de verste sterrenstelsels en merkwaardige planeten in de kosmos.

“Het is echt cool,” verwonderde Chen, een astronoom bij het Space Telescope Science Institute, een organisatie die de James Webb Space Telescope, of JWST, zal beheren.

De James Webb telescoop

De langverwachte lancering van het instrument is momenteel gepland voor 18 december 2021, hoewel de telescoop de afgelopen maanden vaak in het nieuws is geweest om redenen die niets te maken hebben met zijn wetenschappelijke inspanningen. De NASA heeft het opmerkelijke instrument genoemd naar James Webb, de leider van de NASA in de jaren zestig, die toezicht hield op het agentschap in een tijd waarin de federale regering LGBTQ-werknemers bij de NASA en andere afdelingen vervolgde en ontsloeg. Het was een beschamende periode in de Amerikaanse geschiedenis die de “Lavender Scare” werd genoemd. Voorlopig zal NASA het JWST label behouden nadat het geen bewijs heeft gevonden over Webb dat “het veranderen van de naam rechtvaardigt.”

De JWST, oorspronkelijk in de jaren negentig de “ruimtetelescoop van de volgende generatie” genoemd, zal zich bij de legendarische Hubble-ruimtetelescoop voegen om vanuit de ruimte heldere beelden van het heelal vast te leggen. Hubble is een wetenschappelijke schat. In de drie decennia dat de Hubble in een baan boven de aarde heeft gedraaid, heeft hij ongekende, schitterende beelden van de kosmos, de melkwegstelsels en de planeten opgeleverd. Maar JWST is geen vervanging voor de verouderende Hubble. JWST is een opvolger, met andere, en geavanceerde, mogelijkheden.

Hier is wat JWST, en uiteindelijk iedereen, zal zien dat Hubble niet kan.

The James Webb Space Telescope on left, and the Hubble Space Telescope on right.

Kijken in het diepe, diepe verleden

Telescopen met grotere spiegels kunnen zwakkere objecten zien. Dat komt omdat grotere spiegels meer licht opvangen. Stel je lichtdeeltjes voor als pingpongballetjes, en de spiegels van een telescoop als een emmer. De spiegel van de Hubble-telescoop heeft een diameter van ongeveer 2,5 meter, terwijl de spiegel van de JWST-telescoop veel groter is, namelijk meer dan 1,5 meter in diameter.

“Je gaat meer pingpongballen verzamelen,” legde Jean Creighton, een astronoom en de directeur van het Manfred Olson Planetarium aan de Universiteit van Wisconsin-Milwaukee, uit.

Het opvangen van meer licht is van cruciaal belang voor het waarnemen van de vroegste sterren en melkwegstelsels die zich meer dan 13 miljard jaar geleden in het heelal hebben gevormd. Het heelal is voortdurend aan het uitdijen, wat betekent dat het sinds zijn gewelddadige ontstaan (de “Big Bang”) voortdurend is gegroeid of uitgerekt, zodat het licht van deze oude delen van de kosmos heel, heel, heel ver weg is (miljarden lichtjaren). Het meest verre licht verliet sterren miljarden jaren geleden, dus is het waarnemen van dit licht als turen in het diepe, diepe verleden.

“We kijken terug in de tijd,” zei Chen. (Zelfs als we naar onze eigen ster kijken – met bescherming – turen we ook in het verleden; het duurt meer dan acht minuten voordat zonlicht de aarde bereikt).

“We kijken terug in de tijd.”

En we zullen onbekende dingen zien.

“We gaan de allereerste sterren en sterrenstelsels zien die ooit gevormd zijn,” zei Creighton. “We hebben dit nog niet kunnen doen met Hubble.”

The size comparison between JWST's mirror and Hubble's mirror.

Hubble kan vaag licht zien dat ongeveer 1 miljard jaar oud is. Als alles volgens plan verloopt, zal JWST licht zien dat bijna 13,7 miljard jaar oud is, toen de vroegste sterren en planeten zich begonnen te vormen.

Het optillen van de sluier

Hubble bekijkt voornamelijk licht dat mensen kunnen zien (ook bekend als “zichtbaar licht”). Maar er zijn veel soorten licht die onze ogen niet kunnen zien. JWST is gespecialiseerd in het waarnemen van een van deze lichtsoorten, het zogeheten “infrarood”, waardoor astronomen veel meer sterren en planeten kunnen zien.

Hoe dat zo?

Het heelal is gevuld met dikke, rookachtige wolken van stof en gas. “Dat vertroebelt de dingen,” legt Jason Steffen uit, een assistent-professor natuurkunde aan de Universiteit van Nevada, Las Vegas, die onderzoek doet naar planeten buiten ons zonnestelsel (ook wel exoplaneten genoemd).

“Het licht de sluier op.”

Maar infrarood licht kan door dikke stofwolken heen glippen. Infrarood heeft een langere golflengte dan zichtbaar licht, zodat de lichtgolven niet zo sterk verstrooid (en verduisterd) worden door deeltjes in het heelal. Langere golflengten, waarvan de pieken en dalen ver uit elkaar liggen, zullen minder snel in botsing komen met deeltjes in het heelal.

De beeldvergelijking hieronder, gemaakt door Hubble, laat zien hoe infrarood licht door kosmisch stof glipt. Dat is de Carinanevel, een verblindende wolk van stof en gas. Het infrarode beeld van de Hubble toont de vele sterren die achter het stof verborgen zijn.

“Het licht de sluier op,” zei Creighton.

The Carina Nebula viewed in visible light (left) and infrared (right).
Different wavelengths of light, including visible and infrared light waves.

Bovendien wordt het bekijken van zeer verre sterrenstelsels en sterren veel gemakkelijker (of soms zelfs mogelijk) door ze in infrarood licht te zien. Zoals eerder beschreven, dijt het heelal voortdurend uit, en het licht dat door de kosmos reist, rekt ook uit. “Als je naar een ver melkwegstelsel kijkt, is dat licht uitgerekt,” legt Steffen uit. De golflengtes van het licht worden langer.

Dat is een probleem. “Dit kan verre objecten erg zwak (of onzichtbaar) maken bij zichtbare golflengten van licht, omdat dat licht ons bereikt als infrarood licht,” schrijft NASA. Maar de infrarode beelden van JWST maken het onzichtbare zichtbaar.

Super-Aardes

Er zijn weinig dingen in het heelal boeiender dan exoplaneten. Sommige van deze bekende planeten, zoals “super-aardes” die zo’n twee tot tien keer zo groot zijn als onze planeet, zouden een bewoonbare rotsachtige omgeving of zelfs water kunnen bevatten. JWST zal een aanzienlijke hoeveelheid tijd besteden aan het bekijken van exoplaneten in andere stelsels van sterren. (Voor JWST zullen deze planeten er uitzien als stippen, niet als grandioze, kleurrijke planeten).

NASA heeft al bevestigd dat er meer dan 4500 exoplaneten in het heelal zijn gevonden. Maar met JWST’s vermogen om door stofwolken heen te kijken, verwacht de astronoom Chen er aanzienlijk meer te vinden.

Cruciaal is dat JWST niet alleen het bestaan van exoplaneten zal uitpluizen. Hij zal hun atmosferen analyseren. De telescoop is uitgerust met een instrument, een spectrometer, dat kan onthullen uit welke deeltjes de atmosfeer is opgebouwd, op basis van hoe licht met hen reageert. (Licht dat door waterdamp of zuurstof valt, gedraagt zich bijvoorbeeld op bepaalde, welbekende manieren).

Zelfs een relatief onopvallend spectrografisch beeld kan voor astronomen aanzienlijk nuttiger zijn dan een schitterende foto. “Er zit heel veel informatie in,” legt Creighton uit. “Het geeft veel meer informatie dan het mooie plaatje doet.”

Van bijzonder belang voor wetenschappers zijn de rotsachtige, zeven bekende planeten die rond de ster TRAPPIST-1 draaien, zo’n 40 lichtjaar (235 triljoen mijl) van de aarde. Misschien ontdekt JWST wel een rotsachtige planeet met sporen van potentieel leven in zijn atmosfeer, zoals de zuurstof die algen en planten in onze lucht ademen.

Maar voordat deze kosmische wetenschap begint, heeft JWST een grote, zo niet bijna ontmoedigende reis voor de boeg.

Na een spijkerharde lancering (de robotlading is ongewoon kostbaar), moet JWST de reis van 1 miljoen mijl door de ruimte maken. Zijn dicht op elkaar geplaatste zeshoekige spiegels moeten zich op de juiste manier ontvouwen, en dat moet volgens plan gebeuren. En anders dan bij de Hubble, kunnen astronauten niet de ruimte in om eventuele problemen met de extreem verwijderde telescoop te verhelpen.

De lancering is een grote gebeurtenis in de astronomische wereld. “Na een spijkerharde lancering (de lading van de robot is ongewoon kostbaar), moet JWST de reis van 1 miljoen mijl door de ruimte maken. Zijn dicht op elkaar geplaatste zeshoekige spiegels moeten zich op de juiste manier ontvouwen, en zijn zonneschild ter grootte van een tennisveld moet zich volgens plan ontvouwen. En anders dan bij de Hubble, kunnen astronauten niet de ruimte in om eventuele problemen met de extreem ver verwijderde telescoop te verhelpen.

De lancering is een grote gebeurtenis in de astronomische wereld. “Iedereen houdt zijn adem in,” zei Steffen.

[ad_2]

[ad_1] Astronomen als Christine Chen zijn enthousiast over de lancering van de James Webb-ruimtetelescoop. Het 10 miljard dollar kostende instrument, half zo groot als een 737-vliegtuig en vol met goudkleurige spiegels, zal een baan om de aarde vliegen op een afstand van 1 miljoen mijl (1609344 kilometer) en naar plaatsen turen die de mensheid nog…

[ad_1] Astronomen als Christine Chen zijn enthousiast over de lancering van de James Webb-ruimtetelescoop. Het 10 miljard dollar kostende instrument, half zo groot als een 737-vliegtuig en vol met goudkleurige spiegels, zal een baan om de aarde vliegen op een afstand van 1 miljoen mijl (1609344 kilometer) en naar plaatsen turen die de mensheid nog…

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *