Gennaio 29, 2023

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Il telescopio di Webb è appena iniziato

BALTIMORA – Finora è stato un piacere per gli occhi dal cielo: una vastità di spazio nero brulicante di macchie di luce incomprensibilmente distanti e incomprensibili. Immagini spettrali di Nettuno, Giove e altri vicini che già pensavamo di conoscere. Nebulose e galassie viste dai penetranti occhi infrarossi del James Webb Space Telescope.

Il telescopio, che prende il nome da James Webb, direttore della NASA durante il boost per gli sbarchi sulla luna dell’Apollo, è un progetto congiunto della NASA, dell’Agenzia spaziale europea e dell’Agenzia spaziale canadese. È stato lanciato a Natale di un anno fa – dopo due decenni di guai e 10 miliardi di dollari – allora missione di osservare l’universo In lunghezze d’onda che l’occhio umano non può vedere. Con uno specchio primario largo 21 piedi, Webb è sette volte più potente del suo predecessore, il telescopio spaziale Hubble. A seconda del metodo di calcolo, un’ora di osservazione sul telescopio può costare alla NASA $ 19.000 o più.

Ma né la NASA né gli astronomi hanno pagato tutti quei soldi e quel capitale politico solo per le bellissime immagini – e nessuno si lamenta.

“Le prime immagini erano solo l’inizio”, ha detto Nancy Levinson, direttrice ad interim dello Space Telescope Science Institute, che gestisce sia Webb che Hubble. “È necessario altro per trasformarlo in vera scienza”.

Per tre giorni a dicembre, circa 200 astronomi hanno riempito una sala dell’istituto per ascoltare e discutere i primi risultati del telescopio. Secondo gli organizzatori, altre 300 persone circa sono state viste online. L’evento è stato una celebrazione tardiva del successo del lancio e dell’apertura di Webb e un’anteprima del suo brillante futuro.

Uno per uno, gli astronomi sono saliti sul podio, hanno chiacchierato velocemente per rispettare il limite di 12 minuti e si sono lanciati in un mondo di scoperte. Galassie che, anche nella loro relativa giovinezza, hanno già prodotto buchi neri supermassicci. Studi atmosferici di alcuni dei sette esopianeti rocciosi in orbita attorno a Trappist 1, una stella nana rossa che potrebbe ospitare pianeti abitabili. (I dati suggeriscono che almeno due degli esopianeti mancano delle massicce atmosfere di idrogeno primordiale che soffocherebbero la vita così come la conosciamo, ma potrebbero avere atmosfere deboli di molecole più dense come l’acqua o l’anidride carbonica.)

“Siamo in affari”, ha dichiarato Bjorn Beneke dell’Università di Montreal, fornendo dati su un esopianeta.

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Megan Reiter della Rice University ha portato i suoi colleghi in una “profonda immersione” attraverso le scogliere cosmiche, un focolaio nuvoloso di formazione stellare nella costellazione della Carina, un tempo uno dei dolciumi del cielo preferiti. Tiene traccia di come i getti di nuove stelle, onde d’urto e radiazioni ionizzanti provenienti da stelle vicine e più massicce nate ad alta temperatura rimodellano costantemente la geografia cosmica e provocano la formazione di nuove stelle.

“Questo potrebbe essere un modello di ciò che il nostro sole ha attraversato quando si è formato”, ha detto il dottor Reiter in un’intervista.

Tra una presentazione e l’altra, in disparte e nei corridoi, i migliori astronomi che erano presenti nel 1989, quando l’idea del telescopio Webb fu proposta per la prima volta, si congratulano a vicenda e condividono storie di guerra sullo sviluppo del telescopio. Sono rimasti senza fiato mentre i bambini presentavano i dati che hanno fatto esplodere i loro risultati con Hubble.

Jane Rigby, scienziata del progetto operativo del telescopio, ha ricordato il suo tumulto emotivo un anno fa, quando il telescopio era finalmente vicino al lancio. Lo strumento è progettato per svolgersi nello spazio – un processo complesso con 344 “fallimenti singoli” – e solo il Dr. Rigby può contarli più e più volte.

“Stavo negando”, ha detto a Baltimora. Ma il lancio e la distribuzione sono andati a buon fine. Ora, ha detto: “Sto vivendo il sogno”.

“È appena esploso”, ha detto Garth Illingworth, astronomo dell’Università della California, Santa Cruz, che nel 1989 ha presieduto un incontro chiave presso lo Space Telescope Science Institute che alla fine ha portato a Webb.

A un ricevimento dopo il primo giorno dell’incontro, John Mather del Goddard Space Flight Center della NASA e scienziato capo del Progetto Webb sin dall’inizio ha brindato alle 20.000 persone che hanno costruito il telescopio, ai 600 astronomi che lo hanno testato nello spazio e ai nuova generazione di scienziati che lo useranno.

“Alcuni di voi non erano nemmeno nati quando abbiamo iniziato a pianificare questo”, ha detto. “Possiedilo!”

Finora il telescopio, pieno di fotocamere, spettrometri e altri strumenti, ha superato le aspettative. (Il suo potere analitico è il doppio di quello pubblicizzato.) Il dottor Rigby riferisce che il lancio impeccabile del telescopio gli ha lasciato abbastanza carburante per le manovre da mantenerlo in funzione per 26 anni o più.

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“Questi sono numeri felici”, ha detto, mentre lei e i suoi colleghi analizzavano le statistiche sulle prestazioni delle loro macchine. Il dottor Rigby ha avvertito che gli strumenti del telescopio sono ancora in fase di calibrazione, quindi i numeri potrebbero cambiare ancora. Preparati a ricalcolare i tuoi risultati con la semplice pressione di un pulsante, ho detto a un gruppo di astronomi nella hall: “Altrimenti odierai la tua vita”.

Forse la più grande sorpresa di Webb finora riguarda gli eventi nel primo millennio dell’universo. Sembra che le galassie si stessero formando, generando e alimentando le stelle più velocemente di quanto stimato dai modelli cosmologici testati in battaglia.

“Come fanno le galassie ad avanzare così velocemente?” ha chiesto Adam Riess, premio Nobel per la fisica e cosmologo della Johns Hopkins University, che era presente oggi.

Esplorare quella provincia – la “primavera cosmica”, come l’ha definita un astronomo – è l’obiettivo di numerose collaborazioni internazionali con acronimi come JADES (Advanced Deep Extragalactic Survey), CEERS (Cosmic Evolution of Early Launch Science) e GLASS (Grism Lens -Amplified Survey) dallo spazio) e PEARLS (Primary Extragalactic Regions for Reionization and Lensing Science).

La visione a infrarossi di Webb è fondamentale per questi sforzi. Mentre l’universo si espande, galassie e corpi celesti distanti si stanno allontanando dalla Terra così rapidamente che la loro luce viene allungata e trasformata in lunghezze d’onda infrarosse invisibili. Dopo un certo punto, le galassie più distanti si allontanano così rapidamente, la loro luce distesa in lunghezza d’onda, che non è visibile nemmeno al telescopio Hubble.

Il telescopio Webb è stato progettato per rilevare ed esplorare queste regioni che rappresentano l’universo di solo un miliardo di anni, quando le prime galassie iniziarono a fiorire con le stelle.

“Ci vuole tempo perché la materia si raffreddi e diventi abbastanza densa da accendere le stelle”, ha osservato Emma Curtis Lake, dell’Università dell’Hertfordshire e membro del team JADES. Ha aggiunto che il tasso di formazione stellare ha raggiunto il picco quando l’universo aveva quattro miliardi di anni e da allora è in declino. L’universo ha ora 13,8 miliardi di anni.

Gli astronomi misurano le distanze cosmiche con un parametro chiamato spostamento verso il rosso, che indica di quanto viene allungata la luce proveniente da un oggetto distante. Solo pochi mesi fa, un redshift di 8, che corrisponde a un’epoca in cui l’universo aveva circa 646 milioni di anni, era considerato un redshift elevato. Grazie alla dottoressa Curtis Lake e ai suoi colleghi, il redshift standard è ora 13,2, che corrisponde a quando l’universo aveva solo 325 milioni di anni.

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La dottoressa Curtis-Lake e il suo team avevano puntato il telescopio su un pezzo di cielo chiamato God’s South, alla ricerca di galassie che Hubble non riusciva a individuare. Abbastanza sicuro, ce n’erano quattro, fantasmi nella foschia del Calore della Creazione. Le misurazioni successive hanno confermato che stava effettivamente tornando indietro nel tempo.

“Non volevamo dire che lo pensavamo – pubblicamente”, ha detto il membro di JADES Brant Robertson dell’Università della California, Santa Cruz.

Il record non dovrebbe durare a lungo. La collaborazione CEERS ha segnalato una galassia candidata Può avere un redshift di 16poiché l’universo aveva solo 250 milioni di anni.

Gli esperti stanno già discutendo se queste galassie sovraccaricate rivelino qualcosa di fondamentale, e trascurato, nelle attuali teorie dell’universo primordiale. Forse qualche campo o influenza ha aumentato la gravità in quel momento accelerando la crescita di galassie e buchi neri. O forse le discrepanze riflettono semplicemente lo scetticismo scientifico sui dettagli confusi – la “gastrofisica” – della formazione stellare.

Negli ultimi 20 anni, gli astronomi hanno perfezionato un solido “modello standard” di un universo composto da energia oscura, materia oscura e un piccolo gruppo di materia atomica. È troppo presto per rompere questo paradigma, ha detto il dottor Curtis Lake in un’intervista. Webb potrebbe aver avuto tre decenni di sorveglianza davanti a sé. “Siamo nelle prime fasi”, ha detto.

Il discorso di chiusura è toccato al dottor Mather. Ha limitato la storia del telescopio, dando un grido a Barbara Mikulski, l’ex senatrice del Maryland, che ha sostenuto il progetto nel 2011 quando rischiava di essere cancellato. Ha anche visto in anteprima il prossimo grande atto della NASA: un telescopio spaziale di 12 metri chiamato Habitable Worlds Observatory che cerca e studia i pianeti.

Ha detto: “Tutto ciò che abbiamo fatto ne è valsa la pena”. “Quindi eccoci qui: questa è una festa di gala, dai un’occhiata a cosa c’è qui. Non è l’ultima cosa che faremo”.