NASAs Webb-teleskop vil fange flere stjerner i højere opløsning:Hvad det betyder for astronomi

Kombinationen af ​​høj opløsning og infrarød-detektionsinstrumenter på NASAs kommende James Webb-rumteleskop vil afsløre stjerner, der i øjeblikket er skjult selv fra det kraftfulde Hubble-rumteleskop. Den rigdom af yderligere stjernedata vil give astronomer mulighed for at undersøge en række spørgsmål, fra stjernefødsel til stjernedød til universets uhåndgribelige ekspansionshastighed. Tidlige observationer med Webb vil demonstrere dens evne til at skelne det individuelle lys fra stjerner i lokaluniverset i en række miljøer og give astronomerne værktøjer til at få mest muligt ud af Webbs kraftfulde muligheder.

"NASAs Hubble- og Spitzer-rumteleskoper har været transformerende, åbne døren til det infrarøde univers, hinsides det røde synlige lys. Webb er en naturlig udvikling af disse missioner, kombinerer Spitzers syn på det infrarøde univers med Hubbles følsomhed og opløsning, " siger Daniel Weisz fra University of California, Berkeley, hovedefterforskeren på Webbs program for tidlig udgivelsesvidenskab (ERS) om opløste populationer af stjerner.

Webbs evne til at opløse individuelle stjerner, der er indhyllet bag gas og støv i synligt lys, vil kunne anvendes på mange områder af astronomisk forskning. Målet med dette ERS-program er at demonstrere Webbs evner i lokaluniverset og skabe gratis, open source dataanalyseprogrammer for astronomer for at udnytte observatoriet bedst muligt så hurtigt som muligt. Data fra ERS-programmerne vil være tilgængelige for andre astronomer med det samme, og arkiveret til fremtidig forskning via Barbara A. Mikulski Archive for Space Telescopes (MAST).

Indsigt i mørk energi

Webbs evne til at udvælge detaljer for flere individuelle stjerner, end vi har set før, vil forbedre afstandsmålinger til nærliggende galakser, som Weisz siger vil være afgørende for et af de største mysterier i moderne astronomi:Hvor hurtigt udvider universet sig? Et fænomen kaldet mørk energi ser ud til at drive denne udvidelse. Forskellige metoder til at beregne ekspansionshastigheden har resulteret i forskellige svar, uoverensstemmelser astronomer håber, at Webbs data kan hjælpe med at forene.

"For at gøre noget af denne videnskab, at beregne afstande og derefter universets ekspansionshastighed, vi skal være i stand til at udtrække lyset fra individuelle stjerner fra Webb-billeder, " siger Weisz. "Vores ERS-programteam vil udvikle software, der sætter fællesskabet i stand til at foretage den slags målinger."

Den stjernernes livscyklus

At se flere stjerner vil betyde mere indsigt i deres livscyklus. Webb vil give nye visninger af hele rækken af ​​stadier i en stjernes liv, fra dannelse til død.

"Lige nu er vi effektivt begrænset til at studere stjernedannelse i vores egen Mælkevejsgalakse, men med Webbs infrarøde egenskaber kan vi se gennem de støvede kokoner, der skjuler og danner protostjerner i andre galakser – som Andromeda, som er mere metalrig – og se hvordan stjerner dannes i et meget andet miljø, " siger Weisz.

Astronom Martha Boyer, også på dette observationsprogramhold, er interesseret i den indsigt, Webb vil give mod slutningen af ​​stjernernes livscyklus, når stjerner bliver oppustede, rød, og støvet.

"NASAs Spitzer-rumteleskop viste os, at støvet, udviklede stjerner eksisterer selv i meget primitive galakser, hvor de ikke var forventet, og nu med Webb vil vi være i stand til at karakterisere dem og lære, hvordan vores modeller af stjernens livscyklus stemmer overens med virkelige observationer, siger Boyer, en instrumentforsker på Webb's Near Infrared Camera (NIRCam) team ved Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland.

Det tidlige univers via det lokale kvarter

At løse og studere individuelle stjerner er nødvendigt for at forstå det større billede af, hvordan galakser dannes og fungerer. Astronomer kan derefter stille endnu større spørgsmål om, hvordan galakser har udviklet sig over tid og rum, fra det fjerne, tidligt univers til den lokale gruppe - en samling af mere end 20 nærliggende galakser, som vores galakse tilhører. Weisz forklarer, at selvom dette observationsprogram vil se lokalt, der er beviser for det tidlige univers, der skal opdages.

"Vi vil have Webb til at studere et nærliggende, ultrasvag dværggalakse, en rest af de første frø-galakser, der blev dannet i universet, hvoraf nogle til sidst smeltede sammen og dannede større galakser som Mælkevejen, " siger Weisz. "På store afstande er disse typer galakser for svage til, at selv Webb kan se det direkte, men lille, lokale dværggalakser vil vise os, hvordan de var for milliarder af år siden."

"Vi har virkelig brug for at forstå lokaluniverset for at forstå hele universet, " siger Boyer. "Den lokale gruppe af galakser er en slags laboratorium, hvor vi kan studere galakser i detaljer - hver enkelt komponent. I fjerne galakser kan vi ikke løse mange detaljer, så vi ved ikke præcis, hvad der sker. Et vigtigt skridt mod at forstå fjerne eller tidlige galakser er at studere denne samling af galakser, der er inden for vores rækkevidde."

Efterhånden som Webb-missionen skrider frem, Boyer og Weisz forventer, at astronomer vil bruge de værktøjer, deres team udvikler, på uventede måder. De understreger, at udviklingen af ​​programmet var en indsats fra hele lokaluniversets astronomisamfund, og de planlægger at fortsætte det samarbejde, når dataene kommer ind. Deres observationsprogramteam planlægger at være vært for en workshop for at gennemgå resultaterne af programmet med andre astronomer og justere den software, de har udviklet, alt sammen med det mål at hjælpe medlemmer af astronomisamfundet med at ansøge om tid til at bruge Webb til deres forskning.

"Jeg tror, ​​det er virkelig vigtigt - ideen om at arbejde sammen for at opnå stor videnskab, i modsætning til, at mange af os prøver at konkurrere, " siger Weisz.