Četvrte godišnjice nisu često razlog za slavlje. Ali u slučaju svemirskog teleskopa James Webb Space Telescope (JWST), koji je lansiran 25. decembra 2021. godine, ova godišnjica označava važnu tranziciju.
Do sada je JWST bio u režimu otkrivanja. Kako su ga opisivali, generacija u nastajanju, koja je koštala 9,7 milijardi dolara, najmoćniji je teleskop u historiji, sposoban za posmatranje na udaljenostima i nivoima detalja bez presedana.
Ali, kao i sa svakim velikim novim naučnim instrumentom, astronomima je bilo potrebno da vide James Webb u akciji prije nego što su mogli odgovoriti na fundamentalno pitanje koje će pokretati istraživanja u decenijama koje dolaze: koliko našeg univerzuma možemo da vidimo?
JWST je nastao na napretku koji je Hubble Space Telescope postigao od svog lansiranja 1990. godine. Hubble prvenstveno posmatra svemir kroz vidljivi dio svjetlosnog spektra, dio koji su naše oči evoluirale da vide. JWST, međutim, vidi prvenstveno u infracrvenom spektru, što mu omogućava da prodre kroz kosmičku prašinu, posmatra hladnije objekte i zaviri u rani univerzum.
Pošto je brzina svjetlosti konačna, posmatranje objekata na sve većim udaljenostima znači gledanje sve dalje u prošlost. A pošto je širenje univerzuma, samo širenje prostora, rasteglo vidljivu svjetlost najudaljenijih objekata u infracrveni spektar, JWST može da traži prve izvore svjetlosti, oko 100 miliona godina nakon Big Banga.
Četiri granice
Edwin Hubble, američki astronom i imenjak Hubble Space Telescopea, napisao je 1936. godine da je „historija astronomije historija udaljavanja horizonta“. NASA, uz pomoć European Space Agency i Canadian Space Agency, identificirala je četiri takva horizonta, granice koje je JWST trebao da pređe.
Prva je granica koju je Galileo Galilei prešao početkom 17. stoljeća, kada je usmjerio primitivnu perspektivnu cijev (ono što bismo danas nazvali teleskopom) ka noćnom nebu i premostio drevni, ranije nepremostivi jaz između zemaljskog i nebeskog. Otkrivanjem dokaza da Zemlja kruži oko Sunca, a ne obrnuto, Galileo je implicitno predstavio Zemlju kao samo još jednog člana planetarnog sistema.
Sada, zahvaljujući JWST-u, duboka historija Sunčevog sistema dolazi u fokus. Proučavajući površinsku hemiju desetina ledenih objekata daleko izvan Neptuna, najudaljenije planete, istraživači JWST-a mogu pratiti nastanak i evoluciju Sunčevog sistema u cjelini. U međuvremenu, otkriće vode među asteroidima, u pojasu „krhotina“ između orbita Jupitera i Marsa, otvara mogućnost da komete nisu bile jedini objekti koji su zasijali Zemljinu primordijalnu atmosferu sastojcima za život.
Ali naše Sunce je samo jedna zvijezda. Iza horizonta Sunčevog sistema leže stotine milijardi drugih zvijezda u našoj galaksiji, Milky Way, od kojih mnoge sadrže planetarne sisteme.
Astronomi koriste JWST za proučavanje sistema u različitim fazama razvoja, od primitivnih protostars koje tek sakupljaju gas i prašinu koji će se na kraju spojiti u disk objekata u orbiti, do potpuno zrelih planetarnih sistema poput našeg. Ili sasvim drugačijih od našeg.
JWST je otkrivao, u jednom planetarnom sistemu za drugim, vrste planeta koje su strane našem sistemu. Naš sistem je historijski podijeljen u dvije kategorije: gas giants (Jupiter, Saturn, Uran, Neptun) i male stjenovite planete (Merkur, Venera, Zemlja, Mars). Međutim, zahvaljujući JWST-u, sada znamo da drugi planetarni sistemi uključuju varijante koje astronomi nazivaju mini-Neptunes (gas koji okružuje kameno jezgro) ili super-Earths (moguće bivše mini-Neptune koje su odbacile svoju atmosferu).
Iza horizonta Milky Waya
Ali Milky Way je samo jedna galaksija. Iza tog horizonta, kako je sam Edwin Hubble otkrio 1920-ih godina – leže druge galaksije. Kao i kod planetarnih sistema u Milky Wayu, astronomi koriste JWST za proučavanje galaksija širom univerzuma u različitim fazama razvoja, od oblaka gasa, preko sudara tih oblaka, do rađanja i smrti zvijezda.
Neke od tih smrti, eksplodirajuće zvijezde ili supernovae, mogle bi pomoći u objašnjenju problema koji zbunjuje astronome već pola stoljeća: čini se da univerzum sadrži više prašine nego što se može objasniti. Ta prašina mora odnekud dolaziti, a možda su upravo supernovae njen izvor.
Preliminarne studije su obećavajuće.
Supernovae same po sebi nude još jedan trag o evoluciji univerzuma. Naučnici su još od 1950-ih znali da uzastopne generacije supernovae, zbog termonuklearnih sila koje cijepaju i ponovo sastavljaju osnovne gradivne blokove materije, stvaraju sve teže elemente. Od samog početka, krajnji cilj JWST-a bio je da pronađe prve, „netaknute“ galaksije, bez svih elemenata osim hydrogena i heliuma. Da bi to postigao, JWST je morao preći horizont koji Hubble Space Telescope vidljive svjetlosti nije mogao: granicu oko milijardu godina nakon Big Banga.
Do sada je JWST bio u mogućnosti da posmatra galaksije, supernovae i black holes već 300 miliona godina nakon Big Banga. Iako to može djelovati kao dug vremenski period, to je tek trenutak u univerzumu starom 13,7 milijardi godina.
A istraživači JWST-a tek počinju. Očekuje se da će projekat trajati do 2040-ih godina. To znači još mnogo godišnjica, i treba se nadati da će svaka od njih biti jednako vrijedna slavlja kao i ova.