Vědci žasnou nad novými pohledy na vesmír NASA Webb Telescope

By | 12 července, 2022

Vesmír se zrodil v temnotě před 13,8 miliardami let a dokonce i poté, co o několik set milionů let později začaly existovat první hvězdy a galaxie, i tyto zůstaly temné. Jejich brilantní světlo, natažené časem a rozpínajícím se vesmírem, se ztlumilo do infračerveného záření, čímž je – a další vodítka k našim začátkům – znepřístupnila každému oku a nástroji.

Do teď. Vesmírný dalekohled Jamese Webba, nejvýkonnější dosud postavená vesmírná observatoř, nabídl v úterý velkolepou prezentaci našeho dříve neviditelného rodícího se vesmíru. Starověké galaxie pokrývající oblohu jako drahokamy na černém sametu. Začínající hvězdy zářící z hlubin kupovitých mračen mezihvězdného prachu. Náznaky vodní páry v atmosféře vzdálené exoplanety.

Jejich součet je jak novou vizí vesmíru, tak pohledem na vesmír, jak se kdysi jevil jako nový.

„To bylo vždycky venku,“ řekla Jane Rigbyová, astrofyzička z Goddard Space Flight Center NASA v Greenbelt, Maryland, a provozní manažerka dalekohledu. „Prostě jsme museli postavit dalekohled, abychom se mohli podívat, co tam je.“

Teleskop Webb – vychvalovaný nástupce Hubbleova vesmírného teleskopu NASA, 30 let a za téměř 10 miliard dolarů ve výrobě – je vybaven tak, aby získal přístup do této sféry kosmické historie, studoval první hvězdy a galaxie a hledal bližší, potenciálně obyvatelné světy. Jde o spolupráci mezi NASA, Evropskou kosmickou agenturou a Kanadskou kosmickou agenturou.

„Hledáme první věci, které vyjdou z Velkého třesku,“ řekl John Mather, vedoucí projektový vědec pro teleskop.

Kredit…Taylor Mickal/NASA

Prezident Biden nabídl náhled v pondělí odpoledne, když představil to, co úředníci NASA a astronomové oslavovali jako dosud nejhlubší snímek vesmíru, který byl dosud pořízen, což je značka, která bude pravděpodobně překonána před koncem týdne, když se z počítačů NASA objeví další data.

Snímek vzdálené hvězdokupy nazvané SMACS 0723 odhalil přítomnost ještě vzdálenějších galaxií rozlitých po obloze. Světlo z těchto galaxií, zvětšené do viditelnosti gravitačním polem kupy, vzniklo před více než 13 miliardami let.

Dívat se ven do vesmíru znamená nahlédnout do minulosti. Světlo se šíří vakuem vesmíru konstantní rychlostí 186 000 mil za sekundu, tedy téměř šest bilionů mil za rok. Pozorovat hvězdu ve vzdálenosti 10 světelných let znamená vidět ji tak, jak existovala před 10 lety, kdy světlo opustilo její povrch. Čím dále hvězda nebo galaxie leží, tím je starší, což z každého dalekohledu dělá jakýsi stroj času.

Astronomové se domnívají, že nejvzdálenější a nejranější hvězdy se mohou lišit od hvězd, které vidíme dnes. První hvězdy se skládaly z čistého vodíku a hélia, které zbyly po Velkém třesku, a mohly růst mnohem hmotnější než Slunce – a pak se rychle a prudce zhroutily do supermasivních černých děr typu, který nyní obývá centra většiny galaxií.

Kredit…NASA, ESA, CSA a STScI

Nové obrázky byly představeny během hodinového obřadu v Goddard Space Flight Center, který pořádala Michelle Thaller, asistentka ředitele střediska pro vědeckou komunikaci, s videozastávkami po celém světě. O několik mil dál ve Space Telescope Science Institute v Baltimoru přeplněný dav astronomů křičel a křičel, ooh a aah, když se na obrazovce objevily nové snímky – důkaz, že jejich dalekohled funguje ještě lépe, než doufali.

Jedna infračervená obloha ukázala Stephanův kvintet, pět galaxií nacpaných nepravděpodobně těsně v souhvězdí Pegasa. Čtyři jsou tak úzce zapojeni do gravitačního tance, že nakonec splynou. Snímek skutečně odhalil pás prachu, který se zahříval, když dvě galaxie od sebe odtrhávaly hvězdy.

Pohled na mlhovinu Jižní prstenec, pozůstatky explodované hvězdy, odhalil náznaky složitých molekul uhlíku známých jako polycyklické aromatické uhlovodíky neboli PAH, vznášející se v jejím středu. Takové molekuly se unášejí vesmírem, usazují se v mracích, které pak dávají vzniknout novým hvězdám, planetám, asteroidům – a všemu, co by následně mohl vyklíčit život.

„Tvorba PAH v těchto hvězdách je možná velmi důležitou součástí toho, jak začal život,“ řekl Bruce Balick, emeritní profesor astronomie na Washingtonské univerzitě. „Jsem ohromen.“

Kredit…NASA, ESA, CSA a STScI
Kredit…NASA, ESA, CSA a STScI

Nejnápadnějším obrazem byla mlhovina Carina, rozlehlý, vířící oblak prachu, který je jak hvězdnou školkou, tak domovem některých z nejzářivějších a nejvýbušnějších hvězd v Mléčné dráze. Při pohledu v infračervené oblasti připomínala mlhovina rýsující se erodovaný pobřežní útes posetý stovkami hvězd, které astronomové nikdy předtím neviděli.

„Chvíli mi trvalo, než jsem přišla na to, co mám na tomto snímku nazvat,“ řekla Amber Straughn, zástupkyně projektového vědce pro dalekohled, když ukázala na skalnatou strukturu.

Dr. Straughn dodala, že se nemohla ubránit úvahám o měřítku mlhoviny plné hvězd s vlastními planetami.

„My lidé jsme opravdu spojeni s vesmírem,“ řekla. „V této krajině jsme vyrobeni ze stejných věcí.“

Od astronomů a na večírcích po celém světě zazněla jednotná úleva a chvála.

„Tato událost mě uchvátila,“ řekl Alan Dressler, astronom z Carnegie Observatory, který se podílel na plánování dalekohledu před 30 lety. „Asi nejsem tak unavený, jak jsem si myslel.“

Dodal: „Růst našeho chápání vesmíru bude stejně velký, jako tomu bylo u Hubblea, a to je opravdu co říct. Čeká nás velké dobrodružství.”

Na obloze „krmící šílenství“.

Kredit…NASA, ESA, CSA a STScI

Snímky a další údaje zveřejněné v úterý byly vybrány malým týmem zobrazovacích expertů a specialistů na veřejné dosahy pro schopnost snímků ukázat dosah a výkon nového dalekohledu – a srazit veřejnosti ponožky.

Po nich budou v příštích šesti měsících následovat výsledky studií v programech NASA Early Release Science Programs. Některé výsledky, včetně snímků galaxií ještě vzdálenějších než ten, který ukázal pan Biden v pondělí, budou k dispozici později tento týden. Ve čtvrtek budou k dispozici všechna data shromážděná během testování dalekohledu a jeho přístrojů.

Nyní, když jsou snímky venku, „bude astronom krmit šílenství!“ Garth Illingworth, výzkumník z Kalifornské univerzity v Santa Cruz a iniciátor programu dalekohledu před čtyřmi desetiletími, napsal e-mail.

Vědecké programy Early Release Science Programs, které mají odstartovat Webbovu éru, zahrnují studie sluneční soustavy, galaxií, mezigalaktického prostoru, masivních černých děr a evoluce hvězd.

Jupiter a jeho nesčetné množství zajímavých satelitů, jako je Europa, cíl nadcházející mise NASA, bude jedním z hlavních cílů. Dvě další studie budou věnovány exoplanetám, včetně systému Trappist-1, vzdáleného pouhých 40 světelných let, kde kolem matné červené trpasličí hvězdy obíhá sedm planet. Tři z těchto planet jsou kameny velikosti Země obíhající v obyvatelné zóně, kde by na povrchu mohla existovat voda.

Snění o neviditelném světle

Kredit…Northrop Grumman

Stejně jako Hubbleův vesmírný teleskop definoval astronomii za poslední tři desetiletí, NASA očekává, že Webb vymezí pole pro novou generaci výzkumníků, kteří netrpělivě čekají na své vlastní setkání s vesmírem.

Už je to dlouho. To, co začalo jako vesmírný dalekohled nové generace, se vyvinulo v infračervený dalekohled schopný snímat teplo z nejstarších hvězd a galaxií ve vesmíru.

Protože se vesmír rozpíná, ty nejranější hvězdy a galaxie se řítí pryč od Země tak rychle, že se jejich světlo posouvá do delších, červenějších vlnových délek, stejně jako se zvuk sirény sanitky posouvá do nižšího rejstříku. Světlo z nejvzdálenějších a nejstarších galaxií a hvězd, kdysi modré, je nyní infračerveným „tepelným“ zářením, okem neviditelným. Stejně tak záření z uhlíku, ozónu a dalších molekul, které jsou předmětem velkého zájmu astrobiologů.

První plánovací komise dospěla k závěru, že dalekohled bude muset mít průměr alespoň čtyři metry (Hubbleův průměr jen 2,4 metru) a vysoce citlivý na infračervené záření a bude stát 1 miliardu dolarů. Administrátorovi NASA Danu Goldinovi se nápad líbil, ale obával se, že čtyřmetrový dalekohled bude příliš malý na to, aby viděl první hvězdy, a tak zvětšil velikost na osm metrů.

Při dvojnásobné velikosti by se však dalekohled již nevešel na palubu žádné existující rakety. To znamenalo, že zrcadlo dalekohledu by muselo být skládací a muselo by se rozvinout ve vesmíru. NASA se nakonec rozhodla pro zrcadlo o šířce 6,5 metru, které má sedmkrát větší schopnost shromažďovat světlo než HST.

Dalekohled by navíc musel být ochlazen na minus 380 stupňů Fahrenheita, aby se zabránilo vlastnímu teplu dalekohledu zaplavit slabé emanace vzdálených hvězd. (Jeden přístroj musel být ještě chladnější, mínus 447 stupňů Fahrenheita, jen pár stupňů nad absolutní nulou.) Toho bylo dosaženo tím, že dalekohled byl trvale zaparkován za sluneční clonou.

Všechny výzvy spojené s vývojem a konstrukcí nástroje však zůstaly. V roce 1990 vyslala NASA na oběžnou dráhu Hubblea se zdeformovaným zrcadlem; Agentura stále trnula z těchto rozpaků a vymyslela dlouhý a nákladný testovací program pro nový dalekohled. Cenovka vzrostla na 8 miliard dolarů a v roce 2011 Kongres projekt téměř zrušil.

„Webb se stal dokonalou bouří,“ vzpomínal Dr. Dressler. „Čím dražší to bylo, tím kritičtější bylo, aby to neselhalo, a to ho ještě prodražilo.“

Během jednoho raného testu se protrhla sluneční clona. „Když pracujete s dalekohledem v hodnotě 10 miliard dolarů, nejsou malé problémy,“ řekl Thomas Zurbuchen, přidružený administrátor NASA pro vědecké mise. „Je těžké poznat, co je tučné písmo a co ne.“

Vánoce pro astronomy

Kredit…Chris Gunn/NASA
Kredit…Chris Gunn/NASA, prostřednictvím Associated Press

Teleskop Webb představuje podle Billa Ochse, který je projektovým manažerem dalekohledu od roku 2011, spojené úsilí asi 20 000 inženýrů, astronomů, techniků a byrokratů. Nyní obíhá kolem Slunce v místě zvaném L2, kde se kombinovaná gravitační pole Slunce a Země vytvářejí stabilní místo odpočinku. Jeho zrcadlo, vyrobené z 18 pozlacených beryliových šestiúhelníků, naznačuje slunečnici plovoucí na čepeli obří lopaty – opalovací krém, který udržuje dalekohled chladný a míří stále ven od naší hvězdy.

Všechny Webbovy potíže zmizely o Štědrém ránu, kdy bezchybný start z Francouzské Guyany a zvednutí dalekohledu přes stovky „jediných bodů selhání“ a zanechaly mu dvakrát tolik paliva na manévrování, než se očekávalo, a možnost 20leté kariéry v Věda. Zrcadlo se také ukázalo jako dvakrát lepší, než se očekávalo, při detekci nejkratších vlnových délek světla, čímž se zvýšila rozlišovací schopnost dalekohledu.

Když Goddardův obřad v úterý skončil, vystoupili Dr. Zurbuchen a Dr. Mather na pódium, aby poblahopřáli a pochválili tým, který tak dlouho a dobře spolupracoval. Dr. Mather řekl, že se nikdy neobával, že by teleskop neuspěl. „I když možná bych měl,“ dodal.

Dr. Zurbuchen odsekl: „Dostávám zaplaceno za starosti.“

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *