Pierwsze zdjęcie z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba pokazuje „najgłębszy” w historii widok Wszechświata

Szef NASA Bill Nelson i prezydent USA Joe Biden opublikowali w poniedziałek pierwsze zdjęcie z nowego Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, przedstawiające gromadę tysięcy galaktyk znanych jako SMACS 0723 w „przepełnionych szczegółach”, tak jak istniały miliardy lat temu.

„To najstarsze udokumentowane światło w historii wszechświata sprzed 13 miliardów – powtórzę, 13 miliardów – lat temu” – powiedział Biden.

Obraz nosi nazwę Pierwsze głębokie pole Webba i jest jak dotąd „najgłębszym i najostrzejszym” obrazem w podczerwieni odległego wszechświata. Jest to kompozyt wykonany ze zdjęć wykonanych przy różnych długościach fal, przekraczających najgłębsze pola Teleskopu Kosmicznego Hubble’a.

Prezydent i wiceprezydent Kamala Harris, która przewodniczy Narodowej Radzie Kosmicznej, została poinformowana przez urzędników z NASA i Space Telescope Science Institute w poniedziałek, kiedy przeglądali zdjęcia.

Najgłębszy obraz Wszechświata w podczerwieni

Jedną z charakterystycznych cech Kosmicznego Teleskopu Hubble’a są zdjęcia tzw. głębokich pól, przedstawiające galaktyki na dalekich krańcach Wszechświata. Już pierwsza fotografia z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba wskazuje, że i w tym przypadku będziemy otrzymywać od naukowców tego typu obrazy.

Zaprezentowane jeszcze w poniedziałek zdjęcie to obraz nazwany Pierwszym Głębokim Polem Webba. To najgłębszy widok Kosmosu w podczerwieni, jaki uzyskała ludzkość. Przedstawia gromadę galaktyk SMACS 0723 odległą od nas o 4,5 mld lat świetlnych. Gromada działa jako soczewka grawitacyjna, zaburzając i powiększając obrazy galaktyk znajdujących się daleko za nią. Na fotografii widać na m.in. galaktykę, od której światło leciało do nas 13,1 mld lat.

Widmo pokazujące skład atmosfery planety pozasłonecznej WASP-96 b uzyskane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI.

Widmo egzoplanety z wodą w atmosferze

Drugi obiekt, który pokazano to planeta pozasłoneczna (egzoplaneta) WASP-96 b. Przy czym zobaczyliśmy widmo jej atmosfery, a w nim sygnatury wskazujące na występowanie wody. Na ich podstawie naukowcy będą mogli oszacować ilość wody w atmosferze tej planety.

W jaki sposób uzyskano widmo? Wykorzystano przejście planety (tranzyt) przed swoją gwiazdą.

To bezpośrednie porównanie pokazuje obserwacje Mgławicy Pierścień Południowy w świetle bliskiej podczerwieni (po lewej) i średniej podczerwieni (po prawej), z teleskopu Webb NASA. Ta scena została stworzona przez białego karła – pozostałości gwiazdy takiej jak nasze Słońce po tym, jak zrzuciła swoje zewnętrzne warstwy i przestała spalać paliwo w wyniku syntezy jądrowej. Te zewnętrzne warstwy tworzą teraz wyrzucone muszle na całym tym widoku. Na zdjęciu z kamery bliskiej podczerwieni (NIRCam) biały karzeł pojawia się na dole po lewej stronie jasnej gwiazdy centralnej, częściowo ukryty przez kolce dyfrakcyjne. Ta sama gwiazda pojawia się – ale jaśniejsza, większa i bardziej czerwona – na obrazie z instrumentu Mid-Infrared Instrument (MIRI). Ten biały karzeł jest pokryty grubymi warstwami pyłu, przez co wydaje się większy. Jaśniejsza gwiazda na obu zdjęciach nie zrzuciła jeszcze swoich warstw. Blisko okrąża ciemniejszego białego karła, pomagając rozprowadzić to, co jest wyrzucane. Przez tysiące lat i zanim stała się białym karłem, gwiazda okresowo wyrzucała masę – widoczne powłoki materii. Jakby powtórnie kurczył się, rozgrzewał – a potem, nie mogąc wypchnąć więcej materiału, pulsował. Materiał gwiezdny został wysłany we wszystkich kierunkach – jak obracający się zraszacz – i dostarczył składników tego asymetrycznego krajobrazu. Dziś biały karzeł podgrzewa gaz w wewnętrznych obszarach – które są niebieskie po lewej i czerwone po prawej. Obie gwiazdy oświetlają zewnętrzne regiony, pokazane odpowiednio na pomarańczowo i niebiesko. Obrazy wyglądają zupełnie inaczej, ponieważ NIRCam i MIRI zbierają różne długości fal światła. NIRCam obserwuje światło w bliskiej podczerwieni, które jest bliżej widzialnych długości fal wykrywanych przez nasze oczy. MIRI idzie dalej w podczerwień, wychwytując fale średniej podczerwieni. Druga gwiazda wyraźniej pojawia się na obrazie MIRI, ponieważ ten instrument widzi otaczający ją lśniący pył, dzięki czemu jest wyraźniej widoczny. Gwiazdy – i ich warstwy światła – przyciągają więcej uwagi na obrazie NIRCam

Mgławica na koniec życia gwiazdy

Trzecia fotografia ma związek z końcowym etapem życia gwiazdy – mgławicą planetarną. W tym stadium ewolucji gwiazda tworzy wokół siebie ekspandujący obłok gazu i pyłu. W przypadku Mgławicy Pierścień (NGC 3132, albo Rozerwana Ósemka) w centrum znajdują się dwie gwiazdy, z których słabsza przez tysiące lat rozprzestrzeniała pierścienie gazu i pyłu we wszystkich kierunkach. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dał nam szczegółowy widok mgławicy, a także po raz pierwszy pokazał, że wspomniana gwiazda jest przesłonięta przez pył.

Grupa galaktyk o nazwie Kwintet Stephana sfotografowana przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI.

Niezwykłe detale zderzenia galaktyk

Kolejny obiekt to Kwintet Stephana, czyli zwarta grupa galaktyk odległa o 290 milionów lat świetlnych. Nazwa sugeruje pięć galaktyk, ale tak naprawdę tylko cztery z nich są blisko siebie (290 mln lat świetlnych od nas), a piąta znajduje się w pobliżu jedynie wizualnie na niebie (40 mln lat świetlnych od nas). Nowe zdjęcie przedstawia szczegółowo, w jaki sposób oddziaływanie pomiędzy galaktykami pobudza wzajemnie procesy formowania się gwiazd i w jaki sposób galaktyki zostają zaburzone.

Krajobraz obszaru gwiazdotwórczego

Piąte zaprezentowane zdjęcie pokazuje krajobraz obszaru gwiazdotwórczego NGC 3324 w Mgławicy Carina. Na zdjęciu widać m.in. wiele gwiazd, których wcześniej nie byliśmy w stanie dostrzec. Pokazuje też możliwości teleskopu do patrzenia w podczerwieni przez pył przesłaniający widok w zakresie widzialnym.

Teleskop Kosmiczny Webba został wystrzelony z Gujany Francuskiej w grudniu 2021 roku i obecnie okrąża Słońce milion mil od Ziemi w tak zwanym  drugim punkcie Lagrange’a – punkcie o wysokiej stabilności grawitacyjnej, który pomaga obiektom utrzymać swoją orbitę. Orbita Ziemi znajduje się w odległości około 93 milionów mil od Słońca.

NASA prowadzi wspólny program ze swoimi partnerami z ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej) i CSA (Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej).

NASA udostępni pełny zestaw pierwszych  kolorowych obrazów Webba  i danych spektroskopowych podczas  transmisji telewizyjnej  o godzinie 10:30 czasu wschodniego (14:30 UTC) 12 lipca z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland.