James Webb Space Telescope: tutto quello che c’è da sapere

Ormai ci siamo: tra pochi giorni verrà lanciato il James Webb Space Telescope. Sarà un momento storico che seguiremo insieme. Ecco cosa aspettarci

Il James Webb Space Telescope (JWST) sara’ il piu’ grande telescopio lanciato nello spazio. Con uno specchio principale di 6.5 metri di apertura, piu’ del doppio rispetto ai 2.4 metri dell’HST, potra’ raccogliere quasi 7 volte piu’ luce rispetto ad Hubble. Sara’ inoltre una sorta di ponte tra cosa puo’ vedere HST nel visibile e cosa altri telescopi spaziali possono osservare nel lontano infrarosso, riempendo il “gap” con lo studio di bande di frequenze ancora largamente inesplorate.

La grande capacita’ di raccolta di luce in virtu’ delle sue dimensioni, unita alla sua alta efficenza nel vicino infrarosso, permettera’ a JWST di vedere attraverso regioni opache e inaccessibili nella banda visibile, come le regioni piu’ interne delle nebulose ricche di polveri che ospitano la formazione di nuove stelle, offrendo quindi preziosi indizi riguardo la nascita, la vita e la morte delle stelle. Un esempio e’ dato dal caso della Nebulosa dell’Aquila (in figura), che nel vicino infrarosso mostra stelle al suo interno e dietro di essa altrimenti invisibili nella banda ottica. Ma non solo: avendo anche l’opportunita’ di compiere osservazioni nel medio infrarosso, JWST potra’ misurare con grande precisione anche la quantita’ totale di polveri stellari nello spazio, che, come mostrato nel pannello piu’ a destra, in quella banda di frequenza appariranno luminose e chiaramente visibili.

Il James Webb Space Telescope e’ inoltre visibilmente diverso da molti altri telescopi spaziali, e alcuni dei motivi risiedono nelle sue enormi dimensioni, che richiederanno che venga piegato dentro il razzo vettore che lo portera’ nello spazio, per poi “aprirsi” quasi come un origamo una volta raggiunta la sua orbita dopo circa un mese dal lancio. Essendo poi uno strumento estremamente sensibile alla radiazione infrarossa, JWST sara’ anche protetto da uno scudo solare che permettera’ alla strumentazione di rimanere a temperature molto basse (intorno a 233 gradi Celsius sotto zero), in modo da ridurre al minimo la “radiazione rumorosa” che potrebbe confondersi con i segnali delle sorgenti stellari di vero interesse scientifico. Il “lato caldo” dello scudo ospitera’ invece i pannelli solari che alimenteranno JWST e i suoi quattro strumenti principali:

• The Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec): uno spettroscopo versatile che opera nella banda di lunghezze d’onda da 0,6 a 5,3 μm, ed offrira’ una spettroscopia sui singoli oggetti ad alto rendimento, con la possibilita’ di effettuare analisi spettroscopiche anche su piu’ oggetti contemporaneamente tramite l’utilizzo di micro-otturatori.

• The Near-Infrared Camera (NIRCam): l’imager principale di JWST nella banda di lunghezze d’onda da 0,6 a 5 μm. Consiste in due moduli quasi identici, che puntano a campi visivi adiacenti nel cielo e possono essere utilizzati contemporaneamente.

• The JWST Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS): strumento che offre capacità di osservazione uniche tra 0,6 e 5 μm che completano quelle disponibili con NIRCam e NIRSpec. Consentira’ una spettroscopia a bassa risoluzione e ad ampio campo, spettroscopia a media risoluzione ottimizzata per applicazioni che richiedono un’estrema stabilità spettrofotometrica, oltre alla produzione di imagini in parallelo con NIRCam.

• The Mid-Infrared Instrument (MIRI): fornisce agli osservatori JWST la copertura delle lunghezze d’onda del medio infrarosso da 4,9 a 28,8 μm, sia per la creazione di immagini che per operazioni di spettroscopia. MIRI contiene anche quattro coronografi ottimizzati per la regione spettrale del medio infrarosso.

Ma cosa studiera’ esattamente questo telescopio spaziale? Sono quattro le principali macro-aree di ricerca per le quali il JWST e’ stato progettato: la gia’ citata vita delle stelle, l’Universo primordiale, l’evoluzione delle galassie lungo la storia del cosmo e gli (eso)pianeti.

L’Universo primordiale e l’evoluzione delle galassie

Il James Webb Space Telescope sara’ in grado di scovare un numero di galassie primordiali a distanza cosmologica da noi in numero molto maggiore rispetto a quanto ha potuto fare Hubble, sia in virtu’ delle maggiori dimensioni del suo specchio principale, che della sua maggiore sensibilita’ all’infrarosso, fattore importante quando si parla di galassie ad alto redshift. Cio’ permettera’ ai ricercatori di ricostruire con accuratezza molto maggiore la natura dell’universo primordiale, piu’ o meno nello stesso modo in cui un archeologo ha la possibilita’ di ricostruire la storia di civilta’ passate in modo tanto piu’ accurato quanto maggiore e’ il numero di reperti a sua disposizione.

L’opportunita’ di osservare un enorme numero di galassie a diverse distanze, dalle piu’ remote e primordiali alle piu’ prossime a noi, offrira’ inoltre un’incredibile mole di dati osservativi per studiare a un livello di dettaglio senza precedenti l’evoluzione delle galassie lungo la storia del cosmo, inclusa la nostra Via Lattea.

La ricerca su pianeti ed esopianeti

Arriviamo infine alla ricerca su pianeti ed esopianeti. Sono ormai passati 11 anni dalla prima analisi in assoluto dell’atmosfera di un esopianeta di tipo “Super Terra” grazie al Very Large Telescope, Cile. Si trattava di GJ 1214b, esopianeta con una massa pari a 6.5 volte quella terrestre e un raggio 2.4 volte piu’ grande, posto a 40 anni luce da noi in direzione della costellazione dell’Ofiuco. Si tratto’ di un enorme passo avanti nella ricerca riguardo gli esopianeti e le loro atmosfere, ambito che ricevera’ ulteriore spinta proprio da JWST, il quale avra’ accesso a bande di frequenza proibitive per i telescopi ottici da terra per via dell’assorbimento atmosferico, ma che sono di enorme importanza dal punto di vista spettroscopico. Cio’ offrira’ la possibilita’ di ampliare la varieta’ di elementi e composti chimici rilevabili, attraverso l’analisi di un gran numero di linee di assorbimento nel vicino e medio infrarosso, come e’ il caso di molte molecole importanti (ad esempio H₂O, HDO, CO, CO₂, S₂, CH₄), ghiacci, e diversi minerali. Tutte caratteristiche e opportunita’ che, e’ bene notarlo, saranno applicabili a pianeti sia interni che esterni al nostro Sistema Solare.

Seguiremo il lancio in diretta in compagnia di vari esperti. Ecco il link per partecipare (attivate il promemoria):

Immagine di copertina credit NASA/Desiree Stover

Riferimenti:

Weisz et al.; JWST Proposal ID 1334. Cycle 0 Early Release Science

P. A. Oesch et al 2016 ApJ 819 129