Start Teleskopu Jamesa Webba. "Okno na prastary Wszechświat i jego początki"

25 grudnia 2021 r. przechodzi do historii jako data startu misji Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (James Webb Space Telescope, JWST) - opracowywanego od ponad ćwierćwiecza, kolejnego z wielkich urządzeń naukowych umożliwiających obserwację głębokiego Wszechświata. To rezultat monumentalnego programu, który w trakcie swojego wieloletniego przebiegu pochłonął znacznie ponad 10 mld USD wkładu, napotykając po drodze liczne przeszkody odsuwające w czasie ukończenie prac. Teraz jednak naukowcy i inżynierowie na całym świecie mają nadzieję, że już wkrótce nastąpi czas żniw, a JWST będzie tym narzędziem, na które od dekad czeka całe pokolenie badaczy.

"Prace nad nim trwały właściwie całe moje życie. Całe środowisko astronomiczne oczekuje tego z napięciem. Wszyscy są nerwowi, spekulują, czy - tak jak w opowieści dla dzieci - Grinch razem ze świętami ukradnie teleskop? Czy ten teleskop jest przeklęty? Wszyscy, z którymi rozmawiam, są tym bardzo przejęci" - powiedział Polskiej Agencji Prasowej na krótko przed startem dr Michael Rutkowski, astrofizyk z Uniwersytetu Stanowego Minnesoty. Naukowiec i jego zespół mają być jednymi z pierwszych, którzy przeprowadzą analizę wyników obserwacji z wykorzystaniem Teleskopu Jamesa Webba.

Skąd ekscytacja naukowców? Jak tłumaczy PAP Scott Friedman, główny naukowiec Space Telescope Science Institute odpowiedzialny za rozruch teleskopu, pozwoli on na znacznie dalsze i dokładniejsze zbadanie Wszechświata niż funkcjonujący od ponad 30 lat teleskop Hubble'a. To zasługa m.in. mierzącego 6,5 metrów głównego lustra złożonego z pokrytych złotem berylowych sześciokątnych paneli oraz zdolności do obserwacji w podczerwieni.

"Hubble ukazał nam nowe rzeczy na temat naszego wszechświata, pozwolił nam zmierzyć je znacznie dokładniej, ale też odkrył rzeczy, których nikt się nie spodziewał, takie jak pomiary atmosfery innych planet krążących wokół odległych gwiazd, właściwości ciemnej energii, o których nie mieliśmy pojęcia. Jeśli chodzi o JWST, w pełni spodziewamy się, że zobaczymy dzięki niemu rzeczy, o których nikt wcześniej nawet nie myślał" - wskazał Friedman.

Jak dodaje, dzięki obserwacji w podczerwieni, teleskop Webba będzie w stanie spojrzeć znacznie dalej w głąb początków Wszechświata, wypatrując nieznane układy pierwszych gwiazd i galaktyk, w momencie, kiedy wciąż się tworzyły, około 200 mln lat po Wielkim Wybuchu. Pozwoli to w lepszy sposób zrozumieć ewolucję Wszechświata, a także m.in. proces powstawania ciał niebieskich.

To jednak tylko jedna z rzeczy, która ekscytuje naukowców. Inna to możliwość dokładniejszego zbadania atmosfer egzoplanet, czyli planet pozasłonecznych - przede wszystkim pod kątem możliwości istnienia tam życia. "Nigdy nie zobaczymy obcych bezpośrednio, ale będziemy mogli np. stwierdzić z dużą pewnością, że dana planeta ma skrajnie korzystne warunki dla życia. Teleskop Webba stwarza tu duże możliwości do takich odkryć" - podkreślił Rutkowski. "Na przykład, mając do czynienia ze skalistą planetą, która ma w atmosferze tlen i ozon, będziemy mogli sprawdzić, czy poziom tych gazów się zmienia. Ozon szybko się rozkłada w bliskości gorących gwiazd, więc jeśli jego poziom się odnawia, to skąd to się bierze? Potencjalnie z życia w oceanach, z planktonu lub innych stworzeń. To jest przykład tego, co będziemy mogli zrobić" - opisuje.

Teleskop pozwoli też m.in. lepiej zrozumieć jedne z najbardziej zagadkowych koncepcji w nauce - ciemnej materii, która stanowi większość masy Wszechświata pomimo braku oddziaływania z materią konwencjonalną. Wiele odpowiedzi może dać także w aspekcie badań ciemnej energii, która według naukowców odpowiada za rosnące tempo rozszerzania się Wszechświata. Jak notuje Rutkowski, możliwe będzie również m.in. wydedukowanie "geometrycznego kształtu Wszechświata".

Jak mówi z kolei Friedman, zainteresowanie naukowców użyciem teleskopu prowadzeniem własnych obserwacji jest olbrzymie i czterokrotnie przewyższa czas dostępny na badania. Ten wynosi 5 lat - na tyle bowiem gwarantowane jest działanie teleskopu, m.in. ze względu na ograniczony zapas paliwa. Niewykluczone, że będzie on mógł funkcjonować dłużej; teleskop Hubble'a miał pierwotnie służyć "tylko" przez 15 lat, a funkcjonuje już dwukrotnie dłużej. Niemniej w przeciwieństwie do znajdującego się na niskiej orbicie okołoziemskiej Hubble'a, Webb będzie znajdować się w tzw. punkcie libracyjnym L2, ponad 1,5 mln kilometrów od Ziemi, co wyklucza bieżące naprawy.

"W tej chwili trwają prace nad harmonogramem tych badań. Nie chcemy zmarnować ani sekundy" - podkreślił Friedman. Zarówno on, jak i Rutkowski będą jednymi z pierwszych, którzy skorzystają z obserwacji dokonywanych przez nowy teleskop - to dzięki temu, że ok. połowa czasu w pierwszym roku badań zarezerwowana jest dla zespołów naukowców, którzy przyczynili się do powstania teleskopu i jego instrumentów. Friedman zamierza poświęcić swój czas na zbadanie jednej z galaktyk - nazwanej ESO-137 - która jest "wciągana" przez gromadę innych galaktyk, które w procesie "wysysają" z niej gaz. Zespół Rutkowskiego chce przyjrzeć się charakterystyce gwiezdnego pyłu we wczesnych galaktykach i jego wpływowi na obecne w całym wszechświecie zjawisko jonizacji atomów.

"Korzystanie z danych z tego teleskopu będzie jak picie z hydrantu. Zostaniemy wręcz zalani i przytłoczeni danymi i obrazami. Już teraz wiem, że prawdopodobnie przez całą resztę mojej kariery będę korzystał z informacji zdobytych przez Webba" - zaznaczył Rutkowski. Nad wszystkimi tymi planami ciąży jednak wielki znak zapytania: czy teleskop uda się prawidłowo umieścić na swoim miejscu, czy uda się rozłożyć lustro i wszystkie jego mechanizmy. Według NASA, misja jest najbardziej skomplikowaną technicznie operacją w historii, mającą ponad 300 elementów, których usterka może pogrzebać powodzenie całej misji.

Jak wskazał Friedman, o tym, czy misja zakończy się sukcesem zdecydują przede wszystkim pierwsze dwa tygodnie, podczas których teleskop - złożony podczas startu, aby mógł zmieścić się do rakiety Ariane 5 - rozłoży wszystkie swoje komponenty. Mimo to, nawet przy pełnym sukcesie potrzebne będzie aż 6 miesięcy, aby teleskop mógł zacząć w pełni działać. "Pracowałem nad tym teleskopem przez 17 lat i włożyłem dosłownie lata pracy, by przygotować cały ten plan rozruchu w najdrobniejszych szczegółach. Wiemy, że nie wszystko pójdzie, jak ma pójść, nie wiemy, jakie zastaniemy problemy. Niemniej mamy dobry plan, każdy element przeszedł lata testów, więc wierzymy, że to się powiedzie" - mówi Friedman.

Opracowanie: PAP/Oskar Górzyński/S24