Webb kuvasi uuden eksoplaneetan 12 valovuoden etäisyydeltä

ESA

NASA/ESA/CSA James Webb -avaruusteleskooppia käyttävä kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä on kuvannut suoraan eksoplaneetan noin 12 valovuoden etäisyydeltä Maasta. Vaikka aikaisemmin oli vihjeitä planeetan olemassaolosta, sitä ei vahvistettu ennen kuin Webb kuvasi sen. Planeetta on yksi kylmimmistä tähän mennessä havaituista eksoplaneetoista.

Planeetta, joka tunnetaan nimellä Epsilon Indi Ab, on useita kertoja Jupiterin massainen ja kiertää K-tyypin Epsilon Indi A (Eps Ind A) tähteä, joka on suunnilleen Auringon ikäinen, mutta hieman viileämpi. Tiimi tarkkaili Epsilon Indi Ab:ta käyttämällä Webbin  MIRI:n ( mid-Infrared Instrument ) koronagrafia. Vain muutamia kymmeniä eksoplaneettoja on aiemmin kuvattu suoraan avaruudessa ja maassa sijaitsevilla observatorioilla.

Exoplaneetta Epsilon Indi Ab (MIRI-kuva). Eksoplaneetta on oranssi pallukka ja itse Epsilon Indi A -tähti on peitetty Webbi toimiessa koronagrafina kuvaa otetaessa. Kuva ESA.

"Tämä löytö on jännittävä, koska planeetta on melko samanlainen kuin Jupiter - se on hieman lämpimämpi ja massiivisempi, mutta muistuttaa enemmän Jupiteria kuin mikään muu planeetta, joka on kuvattu tähän mennessä", sanoi johtava kirjailija Elisabeth Matthews (Max Planckin tähtitieteen instituutti, Saksa).

"Aiemmat havainnot tästä järjestelmästä ovat olleet epäsuoria mittauksia tähdestä, mikä antoi meille mahdollisuuden nähdä etukäteen, että tässä järjestelmässä oli todennäköisesti jättimäinen planeetta, joka veti tähtiä", lisäsi ryhmän jäsen Caroline Morley (Texasin yliopisto, Austin, Yhdysvallat). "Siksi tiimimme valitsi tämän järjestelmän tarkkaillakseen sitä Webbillä."

 

Aurinkokunnan analogia?

Aikaisemmin kuvatut eksoplaneetat ovat yleensä nuorimpia, kuumimpia eksoplaneettoja, jotka säteilevät edelleen suuren osan syntyhetkessään olevasta energiasta. Kun planeetat jäähtyvät ja supistuvat kehityskaarensa aikana, ne muuttuvat huomattavasti himmeämmiksi ja siksi niitä on vaikeampi kuvata.

"Kylmät planeetat ovat hyvin himmeitä, ja suurin osa niiden säteilystä on keski-infrapunassa", Elisabeth selitti. "Web soveltuu ihanteellisesti keski-infrapunakuvaukseen, jota on erittäin vaikea tehdä Maan pinnalta. Tarvitsimme myös hyvän spatiaalisen resoluution erottaaksemme planeetan ja tähden kuvissamme, ja suuri Webb-peili on erittäin hyödyllinen tässä suhteessa.

Epsilon Indi Ab on yksi kylmimmistä suoraan havaittavista eksoplaneetoista, sen arvioitu lämpötila on 2 celsiusastetta – kylmempi kuin mikään muu Aurinkokuntamme ulkopuolella kuvattu planeetta ja kylmempi kuin kaikki paitsi yksi vapaasti kelluva ruskea kääpiö^[1] . Planeetta on vain noin 100 celsiusastetta lämpimämpi kuin Aurinkokuntamme kaasujättiläiset (Jupiter ja Saturnus). Tämä tarjoaa astronomeille harvinaisen mahdollisuuden tutkia Aurinkokunnan todellisten analogien ilmakehien koostumuksia.

 

Ei aivan kuten ennustettiin

Epsilon Indi Ab on kahdestoista lähin Maata tähän mennessä tunnettu eksoplaneetta ja lähin Jupiteria massiivisempi planeetta. Tiederyhmä päätti tutkia Eps Ind A:ta, koska järjestelmä osoitti vihjeitä mahdollisesta planeetasta käyttämällä radiaalinopeudeksi kutsuttua tekniikkaa, jossa mitataan isäntätähden edestakaisia heilahtelut näkösäteemme suhteen.

"Vaikka odotimme kuvaavamme planeetan tässä järjestelmässä, koska sen olemassaolosta oli merkkejä säteittäisnopeudesta, löytämämme planeetta ei ole se, mitä olimme ennustaneet", Elisabeth kertoi.

Se on noin kaksi kertaa niin massiivinen, että se on hieman kauempana tähdestä, ja sen kiertorata on erilainen kuin odotimme. Tämän ristiriidan syy on edelleen avoin kysymys. Myös planeetan ilmakehä näyttää olevan hieman erilainen kuin mallien ennusteet. Toistaiseksi meillä on vain muutama fotometrinen mittaus ilmakehästä, mikä tarkoittaa, että on vaikea tehdä johtopäätöksiä, mutta planeetta on odotettua himmeämpi lyhyemmillä aallonpituuksilla.

Tiimi uskoo, että tämä voi tarkoittaa, että planeetan ilmakehässä on paljon metaania, hiilimonoksidia ja hiilidioksidia, jotka absorboivat lyhyempiä valon aallonpituuksia. Se saattaa myös viitata hyvin pilviseen ilmakehään.

Eksoplaneettojen suora kuvantaminen on erityisen arvokasta karakterisoinnin kannalta. Tutkijat voivat kerätä valoa suoraan havaitulta planeetalta ja verrata sen kirkkautta eri aallonpituuksilla. Toistaiseksi tutkimusryhmä on havainnut Epsilon Indi Ab:n vain muutamilla aallonpituuksilla, mutta he toivovat voivansa havaita planeettaa uudelleen Webbillä suorittaakseen sekä fotometrisiä [2] että spektroskooppisia mittauksia. He toivovat myös pystyvänsä havaitsemaan muita samanlaisia ​​planeettoja Webbin avulla löytääkseen mahdollisia kehityskulkuja tällaisten planeettojen ja niiden ilmakehän muodostumisesta.

Huomautuksia

Tutkimus on julkaistu tiedejulkaisu Naturessa (maksumuuri) 24.7.2024.

[1] Ruskea kääpiö, joka tunnetaan nimellä Wise 0855, löydettiin vuonna 2014.

[2] Fotometria on tiedettä, joka mittaa tähdestä tulevan valon määrää.

Uusi kaukainen galaksi havaittiin JWST:lla

Uusi, kaukainen – mutta ei varmastikaan kaukaisin – galaksi havaittiin James Webb avaruusteleskoopilla. Professori Stefano Carniani (Scuola Normale Superiore, Piazza dei Cavalieri 7, I-56126 Pisa, Italy) johtama tukijaryhmä määritteli havaitun valon lähteneen (z = 14,32) noin 290 miljoonan vuoden ikäisestä maailmankaikkeudesta. Tällä hetkellä se on siis kaukaisin havaittu galaksi. Raportti tutkimuksesta on julkaistu Cornell yliopiston ylläpitämässä arXiv-julkaisupalvelussa ennen varsinaisen paperiversion julkaisemista.

Tuhansien pienten, eri muotoisten ja väristen galaksien kenttä avaruuden mustalla pohjalla. Kirkas etualan tähti, jossa on diffraktiopiikkejä, on vasemmassa alakulmassa. Keskustan lähellä pieni valkoinen laatikko hahmottaa alueen ja kaksi diagonaalista viivaa johtavat suurempaan laatikkoon oikeassa yläkulmassa, mikä suurentaa tämän alueen näkymää. Laatikon sisällä on banaaninmuotoinen möykky, joka on toisesta puolesta sinertävän punainen ja toisesta puoliskosta selvästi punainen. Nuoli osoittaa punaisempaan osaan ja on merkitty (JADES GS z 14 0.) 

Kuva: NASA, ESA, CSA, STSCI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA)

Tutkijat arvioivat, että JWST:llä pystytään havaitsemaan galakseja, jotka ovat vain 1/10 galaksin JADES–GS–z14–0 kirkkaudesta (Muv=−20.81±0.16). Tästä voidaan päätellä, että jossakin vaiheessa lähitulevaisuudessa havaitaan galaksi, josta tuleva valo on peräisin vieläkin varhaisemmasta maailmankaikkeudesta.

Uutinen tässä havainnossa ei kuitenkaan ole galaksin etäisyys, vaan se mitä galaksista on mitattu. Tärkein löytö lienee hapen runsas esiintyminen galaksissa. Tämä tarkoittaa sitä, että galaksista lähtenyt valo on peräisin ensimmäisten (ei kuitenkaan aivan ensimmäisen) sukupolvien tähdistä. Hapen olemassaolo kertoo valon lähteeksi tähdet (mustien aukkojen kertymäkiekkojen lisäksi). Mustat aukot ovat tavallisempia ja usein yksinomaisia valonlähteitä varhaisen maailmankaikkeuden galakseissa.

Tutkijoiden antaman lausunnon mukaan he ihmettelevät sitä, kuinka nopeasti tällainen tähdistä koostuva galaksi on täytynyt syntyä? Vastaus lienee siinä, että ensimmäisten sukupolvien tähdet ovat hyvin massiivisia ja niiden evoluutio super- tai hypernoviksi kestää vain muutaman miljoonan vuoden verran. Galaksi on hyvin pieni, vain noin 1 600 valovuotta halkaisijaltaan ja massaa sillä on useita satojamiljoonia auringonmassoja.

 

Webb ja Hubble tallensivat yksityiskohtaisia näkymiä DARTin törmäyksestä

Kaksi suurta observatoriota, NASA/ESA/CSA James Webb-avaruusteleskooppi ja NASA/ESA Hubble-avaruusteleskooppi, ovat ottaneet kuvia ainutlaatuisesta kokeesta, jolla avaruusalus murskattiin pieneen asteroidiin. NASAn Double Asteroid Redirection Test (DART) – luotaimen törmäys on ensimmäinen kerta, kun Webbia ja Hubblea käytettiin tarkkailemaan samanaikaisesti samaa kohdetta.

Nämä kuvat, Hubblen vasemmalla ja Webbin oikealla, jotka otettiin Dimorphosista useita tunteja sen jälkeen, kun DART osui asteroidikuuhun. Kuvat NASA, ESA, CSA ja STScI.

DART törmäsi tarkoituksella Dimorphosiin 26. syyskuuta 2022 klo 14.15 EEST. Asteroidi on Didymosin kaksoisasteroidijärjestelmän kuun. Se oli maailman ensimmäinen kineettisen törmäystekniikan testi, jossa avaruusaluksella ohjattiin asteroidia muuttamaan kohteen kiertorataa. DART on testi maapallon puolustamiseksi mahdollisia asteroideja tai komeettoja vastaan.

Havainnot ovat enemmän kuin vain toiminnallinen virstanpylväs kummallekin teleskoopille – on olemassa myös keskeisiä tieteellisiä kysymyksiä, jotka liittyvät aurinkokuntamme rakenteeseen ja historiaan, joita tutkijat voivat tutkia yhdistäessään näiden observatorioiden ominaisuuksia.

Nämä NASA/ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin ottamat kuvat on otettu 22 minuuttia, 5 tuntia ja 8,2 tuntia DART törmäyksen jälkeen. Kuvissa näkyy laajenevia heitepilviä asteroidista. Kuvat NASA, ESA, CSA ja STScI.

Webbin ja Hubblen yhdessä tekemät havainnot antavat tutkijoille mahdollisuuden saada tietoa Dimorphoksen pinnan rakenteesta ja siitä, kuinka paljon materiaalia törmäyksessä sinkoutui ja kuinka nopeasti se tapahtui. Lisäksi Webbin ja Hubblen välisen suuren aallonpituuksien vaikutuksen tarkkaileminen paljastaa hiukkaskokojen jakautumisen laajentuvassa pölypilvessä, mikä auttaa määrittämään, heittikö se pois paljon suuria kappaleita vai enimmäkseen hienoa pölyä. Näiden tietojen yhdistäminen auttaa tutkijoita ymmärtämään, kuinka tehokkaasti kineettinen isku voi muuttaa asteroidin kiertorataa.

Webb teki yhden havainnon törmäyspaikasta ennen törmäystä ja sitten useita havaintoja seuraavien muutaman tunnin aikana. Webbin Near-Infrared Camera (NIRCam) -kameran kuvissa näkyy tiukka, kompakti ydin, jossa materiaalisävyt näkyvät sirpaleina, jotka virtaavat pois iskukohdan keskustasta.

Vaikutusten havainnointi Webbillä toi lentotoiminnan, suunnittelun ja tiederyhmille erittäin ainutlaatuisia haasteita. Koska asteroidi etenee taivaalla, tiimit työskentelivät törmäystä edeltäneiden viikkojen aikana mahdollistaakseen ja testatakseen menetelmää, jolla seurataan asteroideja, jotka liikkuvat yli 3 kertaa nopeammin kuin Webbille asetettu alkuperäinen seurannan nopeusrajoitus.

Tämä Webbin NIRCam -instrumentin ottama kuva näyttää Dimorphosin noin 4 tuntia törmäyksen jälkeen.  Kuvassa näkyy tiivis, kompakti ydin ja materiaalisäteet, jotka virtaavat pois iskukohdan keskustasta. Terävät piikit ovat Webbin kahdeksan diffraktiosäteitä, jotka aiheutuvat teleskoopin rakenteista. Kuva NASA, ESA, CSA ja STScI.

Tutkijat aikovat myös tarkkailla asteroidia tulevina kuukausina käyttämällä Webbin keski-infrapunainstrumenttia (MIRI) ja Webbin lähi-infrapunaspektrografia (NIRSpec). Spektroskooppiset tiedot antavat tutkijoille käsityksen asteroidin kemiallisesta koostumuksesta.

Webb havaitsi törmäyksen vaikutuksia yhteensä viiden tunnin aikana ja otti 10 kuvaa. Tiedot kerättiin osana Webbin Cycle 1 Guaranteed Time Observation Program 1245 -ohjelmaa, jota johti Heidi Hammel Astronomy-yliopistojen liitosta (AURA).

Hubble onnistui myös tallentamaan havaintoja kuusta ennen törmäystä, sitten taas 15 minuuttia sen jälkeen, kun DART törmäsi Dimorphosin pintaan. Hubblen laajakuvakameran kolme kuvaa näyttävät törmäyksen näkyvässä valossa. Iskusta poistuva heitteet näyttävät säteiltä, ​​jotka lähtevät asteroidin pinnasta.

Jotkut säteistä näyttävät olevan hieman kaarevia, mutta tähtitieteilijöiden on tarkasteltava tarkemmin, mitä tämä voisi tarkoittaa. Hubble-kuvissa tähtitieteilijät arvioivat, että Didymosin kirkkaus kasvoi kolmin kertaiseksi törmäyksen jälkeen, ja he ovat myös erityisen kiinnostuneita siitä, kuinka kirkkaus pysyi vakaana jopa kahdeksan tuntia törmäyksen jälkeen.

Hubble tarkkailee Dimorphosta vielä kymmenen kertaa seuraavan kolmen viikon aikana. Nämä säännölliset, suhteellisen pitkän aikavälin havainnot, kun heitepilvi laajenee ja himmenee ajan myötä, maalaavat täydellisemmän kuvan pilven laajenemisesta ulostyöntymisestä sen katoamiseen.

Hubble otti 45 kuvaa juuri ennen DARTin Dimorphos-iskua ja sen jälkeen. Hubble-tiedot kerättiin osana Cycle 29 General Observers Program 16674 -ohjelmaa.

Lokakuussa 2024 lähtevä ESAn Hera-luotain suorittaa yksityiskohtaisia iskun jälkeisiä havaintoja kohteena olevasta asteroidista Dimorphosista. Hera muuttaa suuren mittakaavan kokeilun hyvin ymmärrettäväksi ja toistettavaksi planeettapuolustustekniikaksi. Hera esittelee uusia tekniikoita autonomisesta navigoinnista asteroidin kiertoradalla matalassa gravitaatiossa tapahtuviin operaatioihin. Hera on ihmiskunnan ensimmäinen luotain, joka kohtaa binaarisen asteroidijärjestelmän ja Euroopan lippulaivan Planetary Defenderin.

NASAn DART- ja ESAn Hera-luotaimet tukevat samat kansainväliset tiedemiesten ja tähtitieteilijöiden ryhmät, ja se tapahtuu kansainvälisen yhteistyön kautta nimeltä AIDA – Asteroid Impact and Deflection Assessment. Planeetan puolustuksella ei ole rajoja, ja se on loistava esimerkki siitä, mitä kansainvälisellä yhteistyöllä voidaan saavuttaa. 

Uudet ja selkeimmät kuvat Neptunuksen renkaista vuosikymmeniin

 NASA/ESA/CSA James Webb -avaruusteleskooppi on kuvannut Neptunusta ja sen renkaita. Webb ei ole ainoastaan tallentanut selkeimmän kuvan tämän planeetan renkaista yli 30 vuoteen, vaan sen kamerat paljastavat myös jääjättiläisen aivan uudessa valossa.

Near-Infrared Camera (NIRCam) -kuvassa näkyvät Neptunuksen kuut on merkitty. Neptunuksella on 14 tunnettua satelliittia, joista seitsemän näkyy tässä kuvassa.
Triton, kirkas valopiste tämän kuvan vasemmassa yläkulmassa, on kirkkaampi kuin Neptunus, koska metaanin absorptioaallonpituudet pimentävät planeetan ilmakehää. Triton heijastaa keskimäärin 70 prosenttia siihen osuvasta auringonvalosta. Tritonin, joka kiertää Neptunusta taaksepäin suuntautuvalla kiertoradalla, epäillään alun perin olleen Kuiper-vyön objekti, jonka Neptunus on kaapannut. Kuva ESA

Kaikkein silmiinpistävin Webbin uudessa kuvassa on terävä näkymä planeetan dynaamisista renkaista – joista osaa ei ole nähty Voyager 2:n ohilennon jälkeen vuonna 1989. Useiden kirkkaiden kapeiden renkaiden lisäksi Webb-kuvissa näkyy selvästi himmeämpi pölynauha. Webbin äärimmäisen vakaa ja tarkka kuvanlaatu mahdollistaa myös näiden erittäin heikkojen renkaiden havaitsemisen niin lähellä Neptunusta.

Neptunus on kiehtonut ja hämmentänyt tutkijoita sen löytämisestä vuonna 1846. Neptunus sijaitsee 30 kertaa kauempana Auringosta kuin Maa. Tällä äärimmäisellä etäisyydellä Aurinko on niin pieni ja himmeä, että keskipäivä Neptunuksella on samanlainen kuin hämärä maapallolla.

Kaasujättiläisiin, Jupiteriin ja Saturnukseen verrattuna, jääjättiläinen Neptunus sisältää paljon vetyä ja heliumia raskaampia alkuaineita. Tämä näkyy helposti Neptunuksen tunnusomaisessa sinisestä väristä NASA/ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin kuvissa näkyvillä aallonpituuksilla. Sininen värisävy aiheutuu kaasumaisesta metaanista planeetan ilmakehässä. Metaani imee itseensä näkyvästä valosta kaikki muut aallonpituudet mutta sinisen se heijastaa pois.

Webbin lähi-infrapunakamera ( NIRCam ) kaappaa kohteet lähi-infrapuna-alueella 0,6 – 5 mikrometriä, joten Neptunus ei näytä siniseltä Webbille. Itse asiassa metaanikaasu imeytyy niin voimakkaasti, että planeetta on melko tumma Webbin käyttämillä aallonpituuksilla paitsi siellä, missä on korkeita pilviä. Tällaiset metaani-jääpilvet näkyvät kirkkaina juovina ja täplinä, jotka heijastavat auringonvaloa ennen kuin metaanikaasu imee sen. Muiden observatorioiden kuvat ovat tallentaneet nämä nopeasti kehittyvät pilviominaisuudet vuosien varrella.

Tässä Webbin Near-Infrared Camera (NIRCam) -kuvassa näkyy Neptunus-järjestelmä yhdessä satojen kooltaan ja muodoltaan vaihtelevien taustagalaksien kanssa. Tämän kuvan vasemmassa alareunassa on hieno spiraaligalaksi. Tutkijat sanovat, että tätä galaksia ei ole aiemmin tutkittu yksityiskohtaisesti. Galaksi on noin 1 200 miljoonan valovuoden etäisyydellä. Tutkijat aikovatkin tehdä lisää havaintoja tästä galaksista samoin kuin Neptunuksestakin. Kuva ESA.

Hienovaraisemmin planeetan päiväntasaajaa kiertävä ohut kirkas viiva voisi olla visuaalinen tunnus globaalista ilmakehän kierrosta, josta Neptunuksen tuulet ja myrskyt saavat voimansa. Ilmakehä laskeutuu ja lämpenee päiväntasaajalla ja siten hehkuu infrapuna-aallonpituuksilla enemmän kuin ympäröivät, viileämmät kaasut.

Neptunuksen 164-vuotinen kiertorata tarkoittaa, että sen kuvan yläosassa oleva pohjoisnapa ei näy kuvissa, mutta Webb-kuvat viittaavat erityiseen kirkkauteen tällä alueella. Webbin näkemyksen mukaan aiemmin tunnettu pyörre etelänavalla on ilmeinen, mutta Webb on ensimmäistä kertaa kuvannut sitä ympäröivän jatkuvan pilvinauhan.

Webb tallensi myös seitsemän Neptunuksen 14 tunnetusta kuusta. Tätä kuvaa Neptunuksesta hallitsee erittäin kirkas valopiste, jossa on tunnusomaiset diffraktiopiikkit, jotka näkyvät monissa Webbin kuvissa; se ei ole tähti, vaan Neptunuksen suurin kuu, Triton.

Tritonin pinnan peittää jäätynyt typpi, jonka vaikutuksesta kuu heijastaa keskimäärin 70 prosenttia siihen osuvasta auringonvalosta. Se ylittää Neptunuksen kirkkauden, koska planeetan ilmakehä on pimentynyt Webbin aallonpituuksilla tapahtuvan metaanin absorption vuoksi. Triton kiertää Neptunusta yleistä kiertosuuntaa päinvastaisesti, mikä saa tähtitieteilijät spekuloimaan, että tämä kuu oli itse asiassa Kuiperin vyöhykkeen objekti, jonka Neptunus on kaapannut. Lisää Webb-tutkimuksia sekä Tritonista että Neptunuksesta suunnitellaan ensi vuonna.

Webbin kuvat: Etäisin ja samalla varhaisin galaksi

James Webb avaruusteleskoopilla on onnistuttu havaitsemaan toistaiseksi etäisin ja samalla varhaisin galaksi. Galaksi tunnetaan nyt luettelotunnuksella GLASS-z13 ja nyt havaittu valo on lähtenyt noin 13,5 miljardia vuotta sitten, vain noin 300 miljoonan vuoden ikäisestä maailmankaikkeudesta. Tämä on noin 100 miljoonaa vuotta aikaisempi kuin mitä tähän asti etäisin kohde (galaksi HD1) on ollut. Nykyisessä maailmankaikkeudessa galaksi GLASS-z13 sijaitsee noin 33 miljardin valovuoden etäisyydellä, sillä sen jälkeen, kun nykyisin havaittu valo on lähtenyt liikkeelle, maailmankaikkeus on laajentunut hyvin paljon.

Ensimmäinen Webbin kuvista, joka tehtiin värikuvaksi jo ennen heinäkuun 12. päivänä julkaistua viittä kuvaa. Tätä kuvaa ei sarjassa kuitenkaan julkaistu, sillä siitä löytyi mielenkiintoinen kohde, joka osoittautui kaukaisimmaksi galaksiksi mitä tähän asti on havaittu. Kuva NASA.

 Kuva NASA, ESA, CSA, and STScI/AFP.

Galaksin punasiirtymä on z > 11, toisin sanoen aallonpituus on kasvanut yksitoistakertaiseksi. Infrapunaisena näkyvä valo on lähtenyt liikkeelle hyvin lyhytaaltoisena uv-säteilynä. Galaksin halkaisijaksi tutkijat laskevat vain 1 600 valovuotta, siis hyvin paljon pienempi kuin esimerkiksi Linnunrata (Ø ~ 150 000 valovuotta). Pienestä koosta huolimatta tutkijat arvioivat galaksin massaksi noin miljardi auringonmassaa.

Tutkimusta ei vielä ole vertaisarvioitu mutta tutkimusryhmän vetäjä Rohan Naidu (Harvardin yliopisto) on hyvin toiveikas tutkimuksen tuloksen todenperäisyydestä, sillä myös toinen tutkimusryhmä (johtajanaan Marco Castellano, National Institute of Astrophysics | INAF · Astronomical Observatory of Rome) on päätynyt samoihin päätelmiin.

Toistaiseksi galaksin GLASS-z13 tarkka etäisyysmääritys on tehty epäsuorasti käyttäen hyväksi avaruudessa olevan neutraalin vedyn ominaisuutta absorboida tiettyjä ir-aallonpituuksia. Tarkka etäisyys täytyy kuitenkin määrittää spektrimittauksissa kerätystä datasta ja tutkijat ovat pyytäneet Webbistä havaintoaikaa tällaisten havaintojen tekemiseksi.

Webbin kuvat: planetaarinen rengassumu NGC 3132

Auringonkaltaisten tähtien evoluution viimeisessä vaiheessa tähti menettää suuren osan massastaan avaruuteen. Tapahtuma ei ole vain yksi purkaus, vaan useita perättäisiä purkauksia. Avaruuteen purkautunut aine laajenee ja perättäiset purkaukset muodostavat sisäkkäisiä kuoria. Lopulta tähti luhistuu valkoiseksi kääpiöksi, joka ei enää tuota energiaa mutta säteilee jäännöslämpöä satoja miljoonia tai useita miljardeja vuosia.

---

Tämä rinnakkainen vertailu näyttää NASA/ESA/CSA Webb-teleskoopin havainnot eteläisen rengassumusta lähi-infrapunavalossa vasemmalla ja keski-infrapunavalossa oikealla.

Tämän näkymän loi valkoinen kääpiötähti – Aurinkomme kaltaisen tähden jäännös sen jälkeen, kun se oli puhaltanut avaruuteen uloimmat kerrokset ​​ja lakannut tuottamasta energiaa ydinfuusiolla. Nämä ulkokerrokset muodostavat nyt tässä kuvassa näkyvät sumun kuoret.

Near-Infrared Camera (NIRCam) -kuvassa valkoinen kääpiö näkyy kirkkaan, keskellä olevan tähden vasemmassa alakulmassa, osittain diffraktiopiikkien piilossa. Sama tähti näkyy – mutta kirkkaampana, isompana ja punaisempana – Mid-Infrared Instrument (MIRI) -kuvassa. Tämä valkoinen kääpiötähti on peitetty paksuilla pölykerroksilla, mikä saa sen näyttämään suuremmalta.

Kummankaan kuvan kirkkaampi tähti ei ole vielä luopunut kerroksistaan. Se kiertää tiukasti himmeämpää valkoista kääpiötä ja auttaa levittämään sen ulos työntymää.

Nykyään valkoinen kääpiö lämmittää kaasua sisäalueilla, jotka näkyvät sinisenä vasemmanpuoleisessa kuvassa ja punaisina oikeanpuoleisessa kuvassa. Molemmat tähdet valaisevat ulompia alueita oranssina ja sinisenä.

Kuvat näyttävät hyvin erilaisilta, koska NIRCam ja MIRI keräävät erilaisia ​​valon aallonpituuksia. NIRCam tarkkailee lähi-infrapunavaloa, joka on lähempänä silmämme havaitsemaa näkyvää aallonpituutta. MIRI menee pidemmälle infrapunaan poimimalla keski-infrapuna-aallonpituuksia. Toinen tähti näkyy selkeämmin MIRI-kuvassa, koska tämä instrumentti näkee ympärillään kiiltävän pölyn ja tuo sen selkeämmin näkyviin. Kuva NASA, ESA, CSA, STScI, and the Webb ERO Production Team.

---

Webbin ottama kuva rengassumusta NGC 3132 osittaa laajenevan kuoren kerroksellisen rakenteen erittäin selvästi. Kerroksista tutkijat voivat päätellä tähden viimeisten vaiheiden historian mutta sen lisäksi myös tähden ja sumun kemiallisen rakenteen ja sen evoluution. 

Kuvassa on sumun keskellä kaksi tähteä (kaksoistähti), joista himmeämpi on synnyttänyt tämän planetaarisen sumun. Kirkkaampi tähti on vielä kehityskaarensa aikaisemmassa vaiheessa mutta aikanaan sekin tulee tuottamaan oman sumunsa. Milloin se tapahtuu ja onko tästä nykyisestä sumusta mitään jäljellä siinä vaiheessa, on toistaiseksi arvailujen varassa. 

Planetaariset sumut laajenevat avaruuteen, menettävät kirkkauttaan ja lopulta katoavat näkyvistä. Aikaa tässä vaiheessa kuluu kymmeniä tai satojatuhansia vuosia, joten voi olla hyvinkin mahdollista, että toisen tähden muodostaessa planetaarista sumua, tästä ensimmäisestä sumusta ei enää ole mitään jäljellä. Planetaaristen sumujen aine ei kuitenkaan katoa mihinkään, vaan se voi miljardien vuosien kuluttua päätyä uuteen tähteen.

Kuvat on otettu Webbin Near-Infrared Camera (NIRCam) (vasen) ja Mid-Infrared Instrument (MIRI) (oikea) -instrumenteillä.

Webbin kuvat: WASP-96 b

James Webb avaruusteleskoopin julkaistujen kuvien joukossa on dataa eksoplaneetta WASP-96 b:n ilmakehän spektristä. Sen mukaan tutkijat pystyvät erottamaan spektrissä merkittävän määrä vettä, jonka olemassaolo havaitussa määrin on pieni yllätys, sillä planeetan lämpötila on enemmän kuin 500 °C.

WASP-96 b eksoplaneetan spektri. Kuva NASA/ESA CSA.

Eksoplaneetta sijaitsee Feeniksin (-linnun) tähdistössä eteläisellä tähtitaivaalla noin 1 150 valovuoden etäisyydellä. Tyypiltään se on kaasujättiläinen mutta huomattavasti laajentunut verrattuna esimerkiksi Jupiteriin. Eksoplaneetan massa on alle puolet Jupiterin massasta mutta sen halkaisija on 1,2 kertaa Jupiterin halkaisija. Korkea lämpötila selittyy sillä, että se kiertää tähteään vain yhdeksäsosan etätyöisyydellä Merkuriuksen ja Auringon välisestä etäisyydestä. Nämä ominaisuudet tiedettiin entuudestaan ja juuri näiden vuoksi WASP-96 b valittiin havaittavaksi.

Eksoplaneetan havainnot tehtiin Webbin Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) -laitteistolla siten, että tähden säteilemä valo kulki eksoplaneetan ilmakehän lävitse. Ilmakehä on samea ja siinä on pilviä, mutta Webbin laitteistojen herkkyys riitti noin 6,4 tunnin valotuksella riittävän tarkan spektrin tekemiseen. Käytetyt aallonpituudet olivat 0,6 – 2,8 mikrometriä eli se ulottui punaisesta valosta lähi-infran aallonpituuksille usealla eri kanavalla. 

Erityisesti aallonpituudet, jotka ylittivät 1,6 mikrometriä, olivat tutkijoiden mielenkiinnon kohteena, sillä näitä aallonpituuksia ei ole pystytty kovinkaan tehokkaasti havaitsemaan aikaisemmin. Nämä aallonpituudet ovat erityisen herkkiä veden, hapen, metaanin ja hiilidioksidin absorptioille. Veden lisäksi tutkijat pystyivät määrittämään hiilen ja hapen enimmäismäärät ja arvioimaan lämpötilaa eri syvyyksillä ilmakehässä.

Webb on nyt täysin fokusoitu

NASAn James Webb -avaruusteleskoopin kohdistus on nyt valmis. Täydellisen tarkastelun jälkeen observatorion on vahvistettu pystyvän kaappaamaan teräviä, hyvin tarkennettuja kuvia kaikilla neljällä tutkimusinstrumentillaan. Teleskoopin kohdistamisen seitsemännen ja viimeisen vaiheen päätyttyä ryhmä piti joukon tärkeitä päätöskokouksia ja yksimielisesti päätti, että Webb on valmis siirtymään eteenpäin seuraavaan ja viimeiseen valmisteluvaiheeseen, joka on tutkimusinstrumenttien käyttöönotto. Tämä prosessi kestää noin kaksi kuukautta ennen kuin varsinainen havaintotoiminta alkaa kesällä.

Tekniset kuvat terävästi fokusoituneista tähdistä kunkin instrumentin näkökentässä osoittavat, että teleskooppi on täysin kohdistettu ja tarkennettu. Tässä testissä Webb suunnattiin osaan Suuresta Magellanin pilvestä, Linnunradan pienestä satelliittigalaksista, joka tarjoaa satojen tuhansien tähtien tiheän kentän observatorion kaikkien antureiden alueella. Tässä esitettyjen kuvien koot ja sijainnit kuvaavat kunkin Webbin instrumentin suhteellista sijoittelua kaukoputken polttotasossa, ja kukin osoittaa hieman eri taivaan osaan suhteessa toisiinsa.

Webbin kolme kuvantamislaitetta ovat NIRCam (kuvat näkyvät tässä 2 mikronin aallonpituudella), NIRISS (kuva tässä 1,5 mikronia) ja MIRI (7,7 mikronia, pidempi aallonpituus paljastaa säteilyn tähtienvälisistä pilvistä sekä tähtien valosta). 

NIRSpec on pikemminkin spektrografi kuin kuvantamislaite, mutta se voi ottaa kuvia, kuten tässä näkyvän 1,1 mikronin aallonpituudella, kalibrointia ja kohteen etsimistä varten. NIRSpec-tiedon osissa näkyvät tummat alueet johtuvat sen mikrosuljinryhmän rakenteista, joissa on useita satojatuhansia ohjattavia sulkimia, joita voidaan avata tai sulkea sen mukaan, ja näin valita se minkä kohteen valo ohjataan spektrografiin. 

Lopuksi Webbin Fine Guidance Sensor jäljittää opastähtiä osoittaakseen observatorion suunnan tarkasti. Laitteiston kahta anturia ei yleensä käytetä tieteelliseen kuvantamiseen, mutta ne voivat ottaa kalibrointikuvia, kuten tässä näkyvät. Näitä kuvatietoja ei käytetä vain kuvan terävyyden arvioimiseen, vaan myös hienovaraisten kuvan vääristymien ja antureiden välisten kohdistusten tarkkaan mittaamiseen ja kalibrointiin osana Webbin yleistä instrumenttikalibrointiprosessia. Kuva NASA.

___

"Nämä merkittävät testikuvat onnistuneesti kohdistetusta kaukoputkesta osoittavat, mitä ihmiset eri maissa ja mantereilla voivat saavuttaa, kun on olemassa rohkea tieteellinen näkemys maailmankaikkeuden tutkimisesta", sanoi Lee Feinberg, Webbin optisten teleskooppielementtien johtaja NASAn Goddard Space Flight Centeristä.

Teleskoopin optinen suorituskyky on edelleen parempi kuin insinööriryhmän optimistisimmat ennusteet. Webbin peilit keräävät nyt avaruudesta täysin fokusoitua valoa jokaiseen instrumentin käyttöön. Kaikkiin laitteiden kuvanlaatu on "diffraktiorajoitettu", mikä tarkoittaa, että nähtävissä olevien yksityiskohtien tarkkuus on niin hyvä kuin fyysisesti kaukoputken kokoon ja käytettyyn aallonpituuteen nähden on mahdollista. Tästä eteenpäin tehtävät muutokset peilien asentoihin ovat hyvin pieniä, lähinnä säännöllisesti tehtäviä säätöjä ensisijaisiin peilisegmentteihin.

"Kaukoputken suuntauksen valmistuttua ja puolen eliniän ponnistelun myötä roolini James Webb -avaruusteleskooppitehtävässä on päättynyt", sanoi Scott Acton, Webbin aaltorintaman tunnistus- ja ohjaustutkija, Ball Aerospace. "Nämä kuvat ovat muuttaneet perusteellisesti tapaani nähdä maailmankaikkeuden. Meitä ympäröi luomisen sinfonia; galakseja on kaikkialla! Toivon, että jokainen maailmassa voisi nähdä ne."

Nyt Webb-tiimi kiinnittää huomionsa tieteellisten instrumenttien käyttöönottoon. Jokainen instrumentti on erittäin hienostunut sarja ilmaisimia, jotka on varustettu ainutlaatuisilla linsseillä, maskeilla, suodattimilla ja mukautetuilla laitteilla, jotka auttavat niitä tekemään suunniteltuja tieteellisiä havaintoja. Näiden instrumenttien erikoisominaisuudet konfiguroidaan ja niitä käytetään eri yhdistelminä instrumenttien käyttöönottovaiheen aikana, jotta voidaan täysin varmistaa niiden valmius havaintoihin.

Vaikka teleskoopin optisten elementtien kohdistus on valmis, joitain kaukoputken kalibrointitoimia on jäljellä: osana tieteellisten instrumenttien käyttöönottoa kaukoputki suunnataan taivaan eri alueille, jolloin observatorioon osuvan auringonsäteilyn kokonaismäärä vaihtelun myötä laitteiden lämpöstabiilisuus voidaan varmistaa. Webbin tutkimuskäytön aloituksen jälkeenkin huoltohavainnoilla kahden vuorokauden välein tarkistetaan peilien suuntaus ja tarvittaessa tehdään korjauksia.