Webbs Teleskop steht gerade erst am Anfang

BALTIMORE – Bisher war es eine Augenweide vom Himmel: eine Weite des schwarzen Weltraums voller unfassbar entfernter, unfassbarer Lichtflecken. Gespenstische Bilder von Neptun, Jupiter und anderen Nachbarn, die wir bereits zu kennen glaubten. Nebel und Galaxien, die von den durchdringenden Infrarotaugen des James-Webb-Weltraumteleskops gesehen werden.

Das Teleskop, benannt nach James Webb, Direktor der NASA während des Boosts für die Apollo-Mondlandungen, ist ein gemeinsames Projekt der NASA, der Europäischen Weltraumorganisation und der Kanadischen Weltraumorganisation. Es startete das Weihnachtsfest vor einem Jahr – nach zwei Jahrzehnten voller Probleme und 10 Milliarden Dollar – damals Mission, das Universum zu beobachten In Wellenlängen, die das menschliche Auge nicht sehen kann. Mit einem 21 Fuß breiten Hauptspiegel ist Webb siebenmal leistungsstärker als sein Vorgänger, das Hubble-Weltraumteleskop. Je nach Berechnungsmethode kann eine Stunde Beobachtungszeit am Teleskop die NASA 19.000 Dollar oder mehr kosten.

Aber weder die NASA noch die Astronomen haben all das Geld und das politische Kapital nur für die schönen Bilder bezahlt – und niemand beschwert sich.

„Die ersten Bilder waren nur der Anfang“, sagte Nancy Levinson, Interimsdirektorin des Space Telescope Science Institute, das sowohl Webb als auch Hubble leitet. „Es ist mehr nötig, um daraus echte Wissenschaft zu machen.“

An drei Tagen im Dezember füllten etwa 200 Astronomen einen Saal des Instituts, um die ersten Ergebnisse des Teleskops zu hören und zu diskutieren. Nach Angaben der Organisatoren wurden weitere rund 300 Personen online gesehen. Die Veranstaltung war eine verspätete Feier des erfolgreichen Starts und der Eröffnung von Webb und ein Ausblick auf seine strahlende Zukunft.

Einer nach dem anderen betraten die Astronomen das Podium, unterhielten sich schnell, um die 12-Minuten-Grenze einzuhalten, und tauchten in eine Welt der Entdeckungen ein. Galaxien, die selbst in ihrer relativen Jugend bereits supermassereiche Schwarze Löcher hervorgebracht haben. Atmosphärische Studien einiger der sieben felsigen Exoplaneten, die Trappist 1 umkreisen, einen roten Zwergstern, der bewohnbare Planeten beherbergen könnte. (Die Daten deuten darauf hin, dass mindestens zwei der Exoplaneten die massiven Atmosphären aus ursprünglichem Wasserstoff fehlen, die das Leben, wie wir es kennen, ersticken würden, aber möglicherweise schwache Atmosphären aus dichteren Molekülen wie Wasser oder Kohlendioxid haben.)

„Wir sind im Geschäft“, erklärte Björn Beneke von der Universität Montreal und lieferte Daten zu einem Exoplaneten.

Megan Reiter von der Rice University nahm ihre Kollegen mit auf einen „tiefen Tauchgang“ durch die kosmischen Klippen, eine wolkige Brutstätte der Sternentstehung im Sternbild Carina, einst ein beliebtes Stück Himmelsbonbon. Es verfolgt, wie Jets von neuen Sternen, Schockwellen und ionisierende Strahlung von nahe gelegenen, massereicheren Sternen, die bei hohen Temperaturen geboren wurden, die kosmische Geographie ständig umgestalten und die Entstehung neuer Sterne verursachen.

„Dies könnte ein Modell dafür sein, was unsere Sonne bei ihrer Entstehung durchgemacht hat“, sagte Dr. Reiter in einem Interview.

Zwischen den Präsentationen, am Rande und auf den Korridoren, gratulieren sich die besten Astronomen, die 1989 anwesend waren, als die Idee des Webb-Teleskops zum ersten Mal diskutiert wurde, gegenseitig und erzählen Kriegsgeschichten über die Entwicklung des Teleskops. Sie schnappten hörbar nach Luft, als die Kinder die Daten präsentierten, die ihre Errungenschaften mit Hubble in die Luft jagten.

Jane Rigby, Projektwissenschaftlerin für den Betrieb des Teleskops, erinnerte sich an ihren emotionalen Aufruhr vor einem Jahr, als das Teleskop endlich kurz vor dem Start stand. Das Instrument ist so konzipiert, dass es sich im Weltraum entfaltet – ein komplexer Prozess mit 344 „Single Point Failures“ – und nur Dr. Rigby kann sie immer wieder zählen.

„Ich war in Verleugnung“, sagte sie in Baltimore. Aber Launch und Deployment verliefen einwandfrei. Jetzt sagte sie: „Ich lebe den Traum.“

Garth Illingworth, ein Astronom an der University of California in Santa Cruz, der 1989 den Vorsitz bei einem wichtigen Treffen am Space Telescope Science Institute führte, das schließlich zu Webb führte, sagte einfach: „Ich bin einfach überwältigt.“

Bei einem Empfang nach dem ersten Tag des Treffens erhob John Mather vom Goddard Space Flight Center der NASA und leitender Wissenschaftler für Project Webb von Anfang an ein Glas auf die 20.000 Menschen, die das Teleskop gebaut haben, die 600 Astronomen, die es im Weltraum getestet haben und die neue Generation von Wissenschaftlern, die es nutzen werden.

„Einige von Ihnen waren noch nicht einmal geboren, als wir mit der Planung begannen“, sagte er. „Besitz es!“

Straßenmaschine

Bisher hat das mit Kameras, Spektrometern und anderen Instrumenten vollgepackte Teleskop die Erwartungen übertroffen. (Seine analytische Kraft ist doppelt so hoch wie die der Werbung.) Dr. Rigby berichtet, dass der fehlerfreie Start des Teleskops ihm genügend Treibstoff zum Manövrieren hinterlassen hat, um es 26 Jahre oder länger am Laufen zu halten.

„Das sind erfreuliche Zahlen“, sagte sie, während sie und ihre Kollegen die Leistungsstatistiken ihrer Maschinen auswerteten. Dr. Rigby warnte davor, dass die Instrumente des Teleskops noch kalibriert werden, sodass sich die Zahlen noch ändern könnten. Bereiten Sie sich darauf vor, Ihre Ergebnisse auf Knopfdruck neu zu berechnen, sagte ich zu einer Gruppe von Astronomen in der Lobby: „Sonst werden Sie Ihr Leben hassen.“

Die vielleicht bisher größte Webb-Überraschung bezieht sich auf Ereignisse im frühen Jahrtausend des Universums. Es scheint, dass sich Galaxien schneller bildeten, Sterne erzeugten und ernährten, als kampferprobte kosmologische Modelle vermuten.

„Wie kommen Galaxien so schnell voran?“ fragte Adam Riess, Nobelpreisträger für Physik und Kosmologe von der Johns Hopkins University, der heute anwesend war.

Die Erforschung dieser Provinz – des „kosmischen Frühlings“, wie ein Astronom es nannte – ist das Ziel mehrerer internationaler Kooperationen mit Akronymen wie JADES (Advanced Deep Extragalactic Survey), CEERS (Cosmic Evolution for Early Launch Science) und GLASS (Grism Lens -Amplified Survey) aus dem All) und PEARLS (Primary Extragalactic Regions for Reionization and Lensing Science).

Die Infrarot-Vision von Webb spielt bei diesen Bemühungen eine zentrale Rolle. Während sich das Universum ausdehnt, entfernen sich entfernte Galaxien und Himmelskörper so schnell von der Erde, dass ihr Licht gestreckt und in unsichtbare Infrarotwellenlängen umgewandelt wird. Ab einem bestimmten Punkt ziehen sich die entferntesten Galaxien so schnell zurück, ihr Licht wird in der Wellenlänge gestreckt, dass es nicht einmal für das Hubble-Teleskop sichtbar ist.

Das Webb-Teleskop wurde entwickelt, um diese Regionen zu entdecken und zu erforschen, die das Universum darstellen, das erst eine Milliarde Jahre alt ist, als die ersten Galaxien mit Sternen zu blühen begannen.

„Materie braucht Zeit, um abzukühlen und dicht genug zu werden, um Sterne zu entzünden“, bemerkte Emma Curtis Lake von der University of Hertfordshire und Mitglied des JADES-Teams. Sie fügte hinzu, dass die Sternentstehungsrate ihren Höhepunkt erreichte, als das Universum vier Milliarden Jahre alt war, und seitdem abnimmt. Das Universum ist jetzt 13,8 Milliarden Jahre alt.

Astronomen messen kosmische Entfernungen mit einem Parameter namens Rotverschiebung, der angibt, wie stark das von einem entfernten Objekt kommende Licht gestreckt wird. Noch vor wenigen Monaten galt eine Rotverschiebung von 8, was einer Zeit entspricht, als das Universum etwa 646 Millionen Jahre alt war, als hohe Rotverschiebung. Dank Dr. Curtis Lake und ihren Kollegen beträgt die Standardrotverschiebung jetzt 13,2, was dem Alter des Universums von nur 325 Millionen Jahren entspricht.

Dr. Curtis-Lake und ihr Team hatten das Teleskop auf einen Himmelsfleck namens Gottes Süden gerichtet und nach Galaxien gesucht, die Hubble nicht erkennen konnte. Tatsächlich waren es vier, Geister im Dunst der Schöpfungshitze. Nachfolgende Messungen bestätigten, dass sie tatsächlich in der Zeit zurückreiste.

„Wir wollten nicht sagen, dass wir das dachten – öffentlich“, sagte JADES-Mitglied Brant Robertson von der University of California, Santa Cruz.

Der Rekord wird voraussichtlich nicht lange halten. Die CEERS-Kollaboration hat eine Kandidatengalaxie gemeldet Es kann eine Rotverschiebung von 16 habenda das Universum nur 250 Millionen Jahre alt war.

Experten diskutieren bereits darüber, ob diese überlasteten Galaxien etwas Grundlegendes und Übersehenes in aktuellen Theorien des frühen Universums enthüllen. Vielleicht hat ein Feld oder Einfluss zu dieser Zeit die Schwerkraft erhöht und das Wachstum von Galaxien und Schwarzen Löchern beschleunigt. Oder vielleicht spiegeln die Diskrepanzen einfach die wissenschaftliche Skepsis gegenüber den chaotischen Details – der „Gastrophysik“ – der Sternentstehung wider.

In den letzten 20 Jahren haben Astronomen ein solides „Standardmodell“ eines Universums verfeinert, das aus dunkler Energie, dunkler Materie und einer kleinen Gruppe atomarer Materie besteht. Es sei zu früh, dieses Paradigma zu durchbrechen, sagte Dr. Curtis Lake in einem Interview. Webb hatte vielleicht drei Jahrzehnte der Überwachung vor sich. „Wir sind in der Anfangsphase“, sagte sie.

Der Schlussvortrag fiel auf Dr. Mather. Er beschränkte die Geschichte des Teleskops und dankte Barbara Mikulski, der ehemaligen Senatorin von Maryland, die das Projekt 2011 unterstützte, als es drohte, abgebrochen zu werden. Er gab auch eine Vorschau auf den nächsten großen Akt der NASA: ein 12-Meter-Weltraumteleskop namens Habitable Worlds Observatory, das nach Planeten sucht und diese untersucht.

Er sagte: „Alles, was wir getan haben, hat sich gelohnt.“ „Hier sind wir also: Dies ist eine Galaparty, bei der wir einen Blick darauf werfen, was hier drin ist. Es ist nicht das letzte, was wir tun werden.“