SEEING FARTHER, LE PRIME IMMAGINI DEL TELESCOPIO JAMES WEBB

Le prime immagini del James Webb Space Telescope risalgono all’Universo primordiale grazie alla radiazione infrarossa.

Seeing farther è il motto del telescopio che detterà il futuro dell’astronomi a raggi infrarossi. Lanciato il 25 dicembre del 2021, James Webb Space Telescope, abbreviato JWST, è il telescopio più grande mai lanciato in orbita ed è già stato in grado di catturare immagini strabilianti del nostro Universo. Successore del famoso Hubble Space Telescope (HST), avremo molto da imparare dal JWST, partendo dall’evoluzione chimica delle galassie, passando per la nascita di stelle e pianeti, fino ad arrivare allo studio dell’atmosfera degli esopianeti.

La tecnologia

La sua navicella spaziale è la massima rappresentazione dell’evoluzione tecnologica degli ultimi anni. Uno scudo termico della dimensione di un campo da tennis protegge il telescopio dalla radiazione solare e facilita la visione dell’infrarosso. L’esistenza dello scudo è anche motivata dal fatto che la strumentazione di JWST lavora ad una temperatura di circa -200°, che si mantiene costante grazie ad un sistema di criogenico ad elio. Il suo riflettore principale, invece, è costituito da 18 pannelli esagonali in berillio affiancati a nido d’ape, ognuno dei quali ricoperto da una lamina dorata che riflette meglio la radiazione infrarossa, puntandola verso la telecamera centrale.  I dati saranno trasmessi a terra attraverso il Deep Space Network, un sistema di radiotelescopi che supporta missioni spaziali, per poi venir elaborati e comunicati dallo Space Telescope Science Institute.

Infine, la grandezza dello specchio del JWST, pari a 6.5 metri di diametro, combinato alla lunghezza d’onda della radiazione interessata, permetterà di aumentare la risoluzione rispetto ad HST, fornendo maggiori dettagli dei corpi fisici osservati.

La radiazione infrarossa

La domanda sorge spontanea: ma perché proprio l’infrarosso? HST era in grado di osservare principalmente luce ultravioletta e luce visibile. JWST esplorerà la frontiera dell’infrarosso, permettendogli così di risalire ad un passato più lontano di quello che invece poteva rivelare il suo predecessore. L’Universo infatti è in continua espansione, e con esso, le galassie al suo interno. I fenomeni relativistici coinvolti nell’espansione dell’Universo comportano uno stiramento dello spazio tra i vari oggetti al suo interno e, tra questi, anche della luce. Dunque, oggetti molto lontani risultano spesso invisibili: la luce visibile aumenta la sua lunghezza d’onda e diventa infrarossa. È quindi necessario un telescopio a infrarossi come il Webb per catturarla e permetterci di osservare le prime galassie che si sono formate dopo il Big Bang.

Non solo, la radiazione infrarossa è in grado di attraversare le nebulose, nubi di polveri presenti tra noi e gli oggetti lontani che emettono luce. Lo spettro infrarosso è in grado di sorpassare questi ostacoli e di arrivare ai nostri rivelatori.

Le prime immagini

Le prime immagini del James Webb sono state rilasciate il 12 luglio 2022 dalla NASA. I dati sono stati resi pubblici e chiunque può esplorare il sito del telescopio per scoprire il fascino dello spazio profondo.

Immagine del campo profondo. Credits: NASA.

Cominciamo ad esplorare l’Universo primordiale con la prima immagine del cosiddetto campo profondo. Questa terminologia si riferisce semplicemente ad una tecnica con cui gli astronomi puntano regioni dello spazio alla ricerca di oggetti nascosti. L’obiettivo dell’immagine è quello di catturare SMACS 0723, un ammasso di galassie a più di quattro miliardi di anni luce di distanza. La generazione dell’immagine ha richiesto solo 12.5 ore e si tratta della più profonda e nitida immagine di questo ammasso di galassie fino ad oggi. Inoltre, la quantità di massa contenuta dentro l’ammasso è tale da generare il fenomeno di lente gravitazionale: la massa distorce il tessuto dello spazio-tempo e la luce, nel suo cammino sorgente-Terra, devia la sua traiettoria. In questo modo fotoni (quanti di luce) diversi impiegheranno un tempo diverso ad arrivare al rivelatore, a seconda della strada che l’ammasso li ha costretti a percorrere. Accade così che in una stessa fotografia del telescopio possiamo ammirare immagini diverse dello stesso corpo celeste, poiché i fotoni che ha emesso sono stati deviati dalla massa circostante, prima di arrivare a noi.

Nebulosa Anello Meridionale NGC 3132. Credits: Nasa.

L’immagine successiva raffigura la Nebulosa Anello Meridionale NGC 3132, ritratta in due bande distinte dello spettro infrarosso. NGC 3132 si trova a 2500 anni luce di distanza da noi e rappresenta la morte di una stella, che ha emesso per anni gas e polveri in ogni direzione. Webb consentirà così di approfondire lo studio del materiale espulso da corpi celesti morenti. Quando le stelle espellono strati di materiale, molecole e polvere si formano al loro interno e cambiano l’ambiente circostante, espandendosi in quello che viene detto mezzo interstellare. Negli anni la polvere potrebbe venir inglobata in pianeti o stelle vicine, fino a che la nebulosa non sarà più visibile.

Cosmic Cliffs. Credits: NASA.

L’immagine della Nebulosa della Carena è anche detta l’immagine delle Cosmic Cliffs (le Scogliere Cosmiche). Si trova a 7600 anni luce di distanza da noi e mostra stelle giovani massicce ricche di gas e polvere. Questa immagine è stata scattata dalla NIRCam di JWST, permettendole di catturare le caratteristiche precedentemente nascoste dietro la polvere occludente. La radiazione ultravioletta ad alta energia e i venti stellari provenienti dalle stelle appena nate sono in grado di produrre ciò che gli astronomi chiamano le Scogliere Cosmiche. Infatti, quello che sembra essere vapore che sale dalle “scogliere” è in verità polvere calda e gas ionizzato che fluisce mentre la radiazione ultravioletta interagisce con la nebulosa. Le Scogliere in realtà si estendono per oltre 200 anni luce, di cui questa immagine ne ritrae solo 6.

Una piccola curiosità: nella stessa immagine è possibile notare che le stelle presentano tutte 8 picchi che si diramano dal loro centro. Questi picchi non sono reali, cioè non possiamo dire che stelle hanno 8 punte, ma sono dovuti a come la luce interagisce col sistema ottico del telescopio!

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