James Webb-romteleskopet

JWST dekker rød og infrarød stråling over bølgelengdeområdet fra 0,6 til 28 mikrometer. Til sammenligning registrerer Hubble ultrafiolett, synlig og nær infrarød stråling fra 0,1 til 2,5 mikrometer. JWST har et hovedspeil med 6,5 meter diameter, og dette gir skarpere avbildning innenfor det felles nær infrarøde bølgelengdeområdet enn Hubble kan med sitt 2,4 meter hovedspeil.

Rekkevidden for synlig lys og nær infrarød stråling begrenses noe ved absorpsjon i skyer av støv og gass i universet. Siden disse skyene er mer gjennomsiktige for langbølget infrarød stråling, vil JWST kunne observere objekter lenger ut i universet enn Hubble.

Observasjoner av langbølget infrarød stråling omfatter kraftig rødforskjøvet stråling fra svært fjerne objekter. Det forventes dermed at JWST vil gi ny kunnskap om universets utvikling fra big bang. Det er av stor interesse å få et klarere bilde av hvordan de tidligste, små galaksene med relativt få stjerner utviklet seg til de etterfølgende, betydelig større galaksene.

Stjerner dannes ved lokale konsentrasjoner og sammentrekninger inne i enormt store skyer av gass og støv. Det er fremdeles knyttet mange spørsmål til fødsel og utvikling av stjerner og planeter. Denne prosessen er vanskelig å observere i synlig lys, siden skyene kan være ugjennomsiktige, mens de er betydelig mer transparente for infrarød stråling.

Noe høyere bildeoppløsning, og informasjon om temperatur og innhold av molekyler og atomer fra et bredt infrarødt spektrum, vil gi viktig ny kunnskap om fjerne og nære stjerner, planeter og mindre objekter. Det forventes også at JWST gir muligheter for å observere og lære mer om eksosolare planeter.

Prosjektet oppsto som Next Generation Space Telescope (NGST) i 1996 og fikk sitt nåværende navn 10. september 2002.

Programmet drives i et internasjonalt samarbeid, først og fremst med den europeiske romorganisasjonen ESA og den kanadiske romorganisasjonen CSA, men ble sterkt forsinket i forhold til opprinnelige planer. Det er også blitt vesentlig dyrere. I 1997 regnet NASA med en oppskytning i 2007 og en totalkostnad på cirka 500 millioner dollar. I 2016 hadde forsinkelser ført til en planlagt oppskytning i oktober 2018 og en kostnad på 8,7 milliarder dollar. Kostnadsoverskridelsene førte til at prosjektet var truet av kansellering i 2011.

Teleskopet ble skutt opp med en Ariane 5 ECA fra den franske romorganisasjonen CNES sitt Centre Spatial Guyanais ved Kourou i Fransk Guyana, 25. desember 2021. Bæreraketten er ESAs viktigste bidrag til JWST.

For å sikre at svake målinger ikke forstyrres av infrarød stråling fra selve JWST, må teleskopet holdes så kaldt som mulig. JWST er derfor utstyrt med en stor skjerm som blokkerer for lys fra Sola, Jorden og Månen. For å oppnå et akseptabelt resultat, måtte disse tre himmellegemene befinne seg i omtrent samme retning, sett fra teleskopet. Dermed falt banevalget på L2, Lagrange-punkt 2, som ligger på Jordens nattside. Teleskopet beveger seg der i en elliptisk bane rundt L2-punktet som ligger på en linje gjennom Jordens og Solas sentra, omtrent 1,5 millioner kilometer utenfor Jorden.

Lagrange-punkt 2 er ikke stabilt, og JWST blir derfor holdt i sin bane om L2 ved korrigerende støt hver tredje uke med en rakettmotor festet til teleskopet. Medbrakt brennstoff sikrer stabil posisjon for JWST i 20 år.

Romingeniører ved NASAs Space Telescope Science Institute avsluttet 28. april 2022 en omfattende finjustering av de 18 heksagonale segmentene i hovedspeilet, som samlet skal fungere som én perfekt optisk speilflate. I denne prosessen ble det benyttet observasjoner av den mest lyssterke stjernen HD84406 i stjernebildet Store bjørn.

Deretter ble en nøye planlagt utprøving av alle instrumentene gjennomført med et omfattende utvalg av astronomiske kilder. De første bildene ble offentliggjort 11. juli 2022.

Teleskopet som samler inn den infrarøde strålingen, har til sammen 21 speilsegmenter. 18 tilhører primærspeilet, som har en diameter på omtrent 6,5 meter. Til sammenligning har primærspeilet på Hubble-romteleskopet en diameter på 2,4 meter, men hvis denne speilkonstruksjonen skulle oppskaleres for bruk på JWST, ville den ha blitt altfor tung.

Ingeniørene måtte gå nye veier, og besluttet å lage speilsegmentene av beryllium, som er både sterkt og lett – hvert segment veier omkring 20 kilogram. Segmentene er sekskantede med et tverrmål på 1,32 meter fra side til side, og er dekket av et uhyre tynt lag med gull for å øke refleksjonen av infrarød stråling. Sammen danner de en bortimot sirkelformet flate med et oppsamlingsareal på 25 kvadratmeter, omtrent sju ganger større enn oppsamlingsarealet på Hubble-romteleskopet.

Primærspeilet måtte være delvis sammenfoldet under oppskytningen, og hvert segment kan – ved hjelp av seks aktuatorer – innrettes med en nøyaktighet på en titusendel av et menneskehårs tykkelse.

De fire instrumentene i JWST er

• MIRI (Mid-Infrared Instrument), bygget av et europeisk konsortium under ledelse av ESA og NASAs Jet Propulsion Laboratory.
• NIRCam (Near-Infrared Camera), levert av University of Arizona.
• NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), bygget av ESA med komponenter levert av NASAs Goddard Space Flight Center.
• FGS-TFI (Fine Guidance Sensor Tunable Filter Imager), fremstilt av CSA.

Skjermen som blokkerer forstyrrende stråling fra Sola, Jorden og Månen måler 22 × 12 meter (omtrent på størrelse med en tennisbane) og består av fem adskilte lag av kapton, et svært tynt, sterkt plastmateriale med en sterkt reflekterende metalloverflate. Hvert enkelt lag er tynnere enn halvparten av et papirark. Strålingen som treffer det ytterste laget, fører til at det får en temperatur på 50 grader celsius. Gjennom de fem lagene reduseres temperaturen til −233 grader celsius, som tilsvarer 40 grader kelvin, på den innerste flaten som vender mot teleskopet. Skjermen sørger for at selve teleskopet og de fire hovedinstrumentene holder nødvendig lav temperatur.

Skjermen ble skutt opp sammenfoldet.

De første observasjonene som ble frigitt ved åpningen 12. juli, illustrerer mangfoldet i observasjoner og studier som kan gjennomføres med JWST.

Bildet av de fem galaksene Stephan’s Quintet, også kjent som Hicksons Compact Group 92 (HCG 92), er en mosaikk satt sammen av en rekke opptak med de to infrarøde kameraene til JWST. Det dekker et areal som tilsvarer omkring fem prosent av måneskiven. De fire galaksene som ses over hverandre midt i bildet, ligger så nær at deres tyngdekrefter påvirker alles indre og ytre bevegelser. Den øverste galaksen i gruppen viser et bevegelsesmønster som tyder på at den har et massivt svart hull i sitt sentrum. Med den skarpe registreringen av detaljer i observasjoner med James Webb-teleskopet bidrar denne galaksegruppens «kosmiske dans» til ny kunnskap om galaksers dannelse og utvikling.

Et av bildene viser et utsnitt av Carinatåken (NGC 3324), som ligger 7600 lysår ute i Melkeveien. Denne stjernetåken er spesielt egnet for studier av fødsel, utvikling og død av massive stjerner.

JWST har gjennomført en spesielt lang (Deep Field) eksponering av galaksehopen SMACS 0723. Den omfatter flere tusen galakser og befinner seg i en avstand på 4,6 milliarder lysår. Det meget skarpe bildet (øverst i artikkelen) viser detaljer som tidligere teleskoper ikke har kunnet registrere. Bildet inneholder en rekke tynne, korte og lengre, lyse buer; de skyldes den massive galaksehopens gravitasjonslinse-effekt, som avbøyer og samler lyset fra fjerne kilder langt bak hopen.

JWSTs observasjoner av den planetariske Ringtåken i stjernebildet Lyren har påvist at den sentrale hvite dvergstjernen som er kilden til tåkeringene, er en dobbeltstjerne. Den andre, fremdeles stabile stjernen som tidligere er blitt skjult av tett støv fra den døende hvite dvergstjernen, blir observerbar ved de lengre bølgelengdene som registreres med MIRI-kameraet. Denne stjernen vil senere også falle sammen, bli til en hvit dvergstjerne og bidra med nye tåkeringer.

NIRSpec-instrumentet til JWST har registrert den varierende strålingen fra den ekstrasolare planeten WASP-96b, som går i bane rundt en sollignende stjerne med omløpstid på 3 ½ jorddøgn. Dette er en gassplanet med halvparten av Jupiters masse og befinner seg 1150 lysår fra oss. Foreløpige analyser har påvist målbare mengder av vanndamp i planetens atmosfære.

The Space Telescope Science Institute i Baltimore er vitenskapelig knutepunkt og operasjonssenter for JWST og har ansvar for den vitenskapelige bruken av romteleskopet og for levering av data til involverte astronomer. Data overføres fra JWST til bakken via NASAs Deep Space Network og blir prosessert og kalibrert ved instituttet, før det blir fordelt til forskere over hele verden.

• Hubble-romteleskopet
• astronomi
• romvirksomhet
• galakse
• NASA

• NASA: JWST