Podczas trzeciego roku swojego działania Teleskop Jamesa Webba (JWST) będzie obserwował egzoplanety, wraz z ich atmosferami i egzoksiężycami. Poza tym skieruje się w stronę supermasywnych czarnych dziur oraz odległych galaktyk, które pochodzą z początków istnienia Wszechświata. Będzie też badał wielkoskalową strukturę Wszechświata, aby dowiedzieć się więcej o przyspieszającej ekspansji kosmosu.
Ilustracja przedstawiająca Teleskop Jamesa Webba razem z obiektami Cyklu trzeciego obserwacji, mianowicie: czarną dziurą, galaktyką oraz impresją artystyczną egzoplanety z egzoksiężycem.
Poszukiwanie egzoksiężycy
Zespół, któremu przyznano czas przy JWST będzie obserwował egzoksiężyc planety Kepler-167e. Jest to gazowy olbrzym o masie i rozmiarze podobnych do Jowisza.
„Nasze poszukiwanie egzoksiężycy dookoła Kepler-167e zostało zatwierdzone. Jest to najlepszy obiekt tego typu.” powiedział lider zespołu David Kipping, adiunkt na wydziale astronomii uniwersytetu Columbia.
Wykrywanie egzoksiężycy zawsze było trudnym zadaniem dla astronomów, ponieważ sposób detekcji jest taki sam jak egzoplanet. Gdy zasłaniają częściowo tarcze swojej gwiazdy, widzimy spadek jasności. Aby wykryć egzoksiężyc na orbicie takiego odległego świata, wartość zmiany jasności będzie różnić się w zależności od tego, jaki procent tarczy księżyca pokrywa się z tarczą planety. Jednak ta zmiana jest bardzo nieznaczna, przez niewielkie rozmiary księżycy w porównaniu do gwiazd czy planet jowiszowych. Poza tym detekcja musi nastąpić w momencie tranzytu egzoksiężyca na tle tarczy planety, a planeta mówi przechodzić na tle tarczy gwiazdy.
Ilustracja jest impresją artystyczną przedstawiającą egzoksiężyc okrążający egzoplanetę.
Kipping uważa, że za pomocą kamery w bliskiej podczerwieni oraz bezszczelinowego spektrografu (Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS)) dokonają pierwszej niepodważalnej detekcji egzoksiężyca.
„Na szczęście jest to dopiero początek rewolucji odkryć egzoksiężycy.” powiedział Kipping.
Część projektów skupia się nie na samym egzoksiężycach ,tylko na planetach, które okrążają. Jeden projekt ma na celu zbadanie atmosfery planety TOI-4481b. Okrąża ona gwiazdę o masie równej połowie masy Słońca, oddaloną o 39 lat świetlnych. Zespół będzie prowadził obserwacje przez 16 godzin za pomocą instrumentu średniej podczerwieni (Mid Infrared Instrument(MIRI)), aby stwierdzić, czy planeta ma atmosferę oraz ocenić jej skład.
Wyniki obserwacji mogłyby rozstrzygnąć czy czerwone karły posiadają skaliste planety z atmosferą. Byłby to bardzo ważny krok w poszukiwaniu życia poza Ziemią.
Wykrywanie obecności supermasywnych czarnych dziur
Astronomowie powszechnie uważają, że większość dużych galaktyk w naszym wszechświecie zawiera supermasywne czarne dziury o masach sięgających milionów, a nawet miliardów mas Słońca. Niektóre z tych supermasywnych czarnych dziur aktywnie pochłaniają gaz i pył otaczający je w dyskach materii zwanych dyskami akrecyjnymi. Pole grawitacyjne tych czarnych dziur powodują, że materiał w tych dyskach akrecyjnych emituje promieniowanie i tworzy obszary nazywane Aktywnymi Jądrami Galaktycznymi (AGN). Ponadto reszta materii może być kierowana na jej bieguny, gdzie jest wyrzucana jako wiązki cząstek poruszających się z prędkościami bliskimi prędkości światła. Gdy to następuje, zjawisko to nazywane jest kwazarem.
Zdjęcie przedstawie czarną dziurę, która znajduje się w centrum galaktyki M87.
Rozwój naszej wiedzy o nich przyspieszył od 2019 roku, kiedy Teleskop Horyzontu Zdarzeń (EHT) uchwycił obraz czarnej dziury w środku Galaktyki M87. Misje JWST w Cyklu 3 to kontynuują. Badają kwazary i ewoluujące czarne dziury, poszukując odpowiedzi na pytania dotyczące rozwoju galaktyk. Obserwacje JWST mogą ujawnić genezę tych zjawisk, a także ich możliwe istnienie przed tym, jak wszechświat osiągnął wiek miliarda lat.
„Projekty Cyklu 3 JWST są bardzo ekscytujące.” – mówi Xavier Calmet z Uniwersytetu Sussex – „Biorąc pod uwagę moje zainteresowania, jestem szczególnie podekscytowany, aby zobaczyć, czego się dowiemy na temat czarnych dziur.”
Badanie wczesnego wszechświata
Jedną z głównych misji Jamesa Webba jest badanie obiektów we wczesnym wszechświecie. Teleskop ma tę zdolność, ponieważ ekspansja wszechświata powoduje, że długości fal światła z odległych obiektów przesuwają się w stronę czerwonego końca widma elektromagnetycznego. Co oznacza, że światło podróżujące przez około 12 miliardów lat jest silnie przesunięte w kierunku podczerwieni i jest niewidoczne dla nas. JWST, jednakże jest zdolny do jego obserwacji i pomaga w badaniu pierwszych gwiazd i najwcześniejszych galaktyk.
Misje JWST w Cyklu 3 mają kontynuować badania tych odległych obiektów, w tym projektów GO, które będą się skupiać na okresie rejonizacji wszechświata. W tym czasie neutralne atomy wodoru zostały zjonizowane przez promieniowanie, co jest kluczowym etapem ewolucji kosmosu. Badanie tych galaktyk może dostarczyć więcej informacji na temat tego procesu, w tym roli pierwszych galaktyk jako źródła promieniowania jonizującego.
Projekty GO Cyklu 3 obejmują badanie odległych gwiazd w celu lepszego zrozumienia fizyki i populacji gwiazd. Dodatkowo będzie badać gaz międzygwiazdowy, który może stanowić materiał do powstawania nowych gwiazd i planet.
