De combinatie van hoge resolutie- en infrarooddetectie-instrumenten op NASA's aankomende James Webb-ruimtetelescoop zal sterren onthullen die momenteel zelfs voor de krachtige Hubble-ruimtetelescoop verborgen zijn. De schat aan aanvullende sterrengegevens stelt astronomen in staat een reeks vragen te onderzoeken, van stergeboorte tot sterdood tot de ongrijpbare expansiesnelheid van het universum. Vroege waarnemingen met Webb zullen aantonen dat het in staat is om het individuele licht van sterren in het plaatselijk universum in verschillende omgevingen te onderscheiden en astronomen te voorzien van hulpmiddelen om de krachtige mogelijkheden van Webb optimaal te benutten.

"NASA's Hubble- en Spitzer-ruimtetelescopen hebben een transformatie ondergaan, het openen van de deur naar het infrarood universum, voorbij het rijk van rood zichtbaar licht. Webb is een natuurlijke evolutie van die missies, het combineren van Spitzer's kijk op het infrarood universum met Hubble's gevoeligheid en resolutie, " zegt Daniel Weisz van de Universiteit van Californië, Berkeley, de hoofdonderzoeker van Webb's ERS-programma (early release science) over opgeloste sterrenpopulaties.

Het vermogen van Webb om individuele sterren op te lossen die in zichtbaar licht achter gas en stof zijn gehuld, zal van toepassing zijn op veel gebieden van astronomisch onderzoek. De doelen van dit ERS-programma zijn om de mogelijkheden van Webb in het lokale universum te demonstreren en gratis, open-source data-analyseprogramma's voor astronomen om zo snel mogelijk optimaal gebruik te maken van het observatorium. Gegevens van de ERS-programma's zullen onmiddellijk beschikbaar zijn voor andere astronomen, en gearchiveerd voor toekomstig onderzoek via het Barbara A. Mikulski Archive for Space Telescopes (MAST).

Inzicht in donkere energie

Het vermogen van Webb om details te ontdekken voor meer individuele sterren dan we eerder hebben gezien, zal de afstandsmetingen naar nabije sterrenstelsels verbeteren. waarvan Weisz zegt dat het cruciaal zal zijn voor een van de grootste mysteries van de moderne astronomie:hoe snel breidt het universum zich uit? Een fenomeen genaamd donkere energie lijkt deze expansie aan te drijven. Verschillende methoden voor het berekenen van de expansiesnelheid hebben geleid tot verschillende antwoorden, discrepanties astronomen hopen dat de gegevens van Webb kunnen helpen bij het verzoenen.

"Om iets van deze wetenschap te doen, afstanden berekenen en dan de uitdijingssnelheid van het heelal, we moeten in staat zijn om het licht van individuele sterren uit Webb-afbeeldingen te halen, " zegt Weisz. "Ons ERS-programmateam zal software ontwikkelen waarmee de gemeenschap dit soort metingen kan doen."

De stellaire levenscyclus

Meer sterren zien betekent meer inzicht in hun levenscyclus. Webb zal nieuwe kijk bieden op het volledige scala van stadia in het leven van een ster, van vorming tot dood.

"Op dit moment zijn we in feite beperkt tot het bestuderen van stervorming in ons eigen Melkwegstelsel, maar met de infraroodmogelijkheden van Webb kunnen we door de stoffige cocons heen kijken die schuilplaatsen vormen voor protosterren in andere sterrenstelsels, zoals Andromeda, die meer metaalrijk is - en zie hoe sterren zich vormen in een heel andere omgeving, "zegt Wies.

Astronoom Martha Boyer, ook in dit observerende programmateam, is geïnteresseerd in de inzichten die Webb zal bieden tegen het einde van de stellaire levenscyclus, wanneer sterren opgeblazen worden, rood, en stoffig.

"NASA's Spitzer-ruimtetelescoop liet ons zien dat stoffige, geëvolueerde sterren bestaan ​​zelfs in zeer primitieve sterrenstelsels waar ze niet werden verwacht, en nu kunnen we met Webb ze karakteriseren en leren hoe onze modellen van de levenscyclus van sterren overeenkomen met echte waarnemingen, " zegt Boyer, een instrumentwetenschapper bij Webb's Near Infrared Camera (NIRCam) -team bij het Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland.

Het vroege heelal via de lokale omgeving

Het oplossen en bestuderen van individuele sterren is nodig om het grotere geheel te begrijpen van hoe sterrenstelsels zijn gevormd en functioneren. Astronomen kunnen dan nog grotere vragen stellen over hoe sterrenstelsels zich in tijd en ruimte hebben ontwikkeld, van ver, vroege universum naar de Lokale Groep - een verzameling van meer dan 20 nabijgelegen sterrenstelsels waartoe ons sterrenstelsel behoort. Weisz legt uit dat hoewel dit observatieprogramma lokaal zal zoeken, er is bewijs van het vroege heelal om ontdekt te worden.

"We zullen Webb in de buurt laten bestuderen, ultra-vaag dwergstelsel, een overblijfsel van de eerste zaadstelsels die zich in het heelal hebben gevormd, waarvan sommige uiteindelijk samensmolten tot grotere sterrenstelsels zoals de Melkweg, " zegt Weisz. "Op grote afstanden zijn dit soort sterrenstelsels te zwak voor zelfs Webb om direct te zien, maar klein, lokale dwergstelsels zullen ons laten zien hoe ze er miljarden jaren geleden uitzagen."

"We moeten het lokale universum echt begrijpen om het hele universum te begrijpen, Boyer zegt. "De Lokale Groep van sterrenstelsels is een soort laboratorium, waar we sterrenstelsels in detail kunnen bestuderen - elk afzonderlijk onderdeel. In verre sterrenstelsels kunnen we niet veel details oplossen, dus we weten niet precies wat er aan de hand is. Een belangrijke stap op weg naar het begrijpen van verre of vroege sterrenstelsels is het bestuderen van deze verzameling sterrenstelsels die binnen ons bereik liggen."

Naarmate de Webb-missie vordert, Boyer en Weisz verwachten dat astronomen de tools die hun team ontwikkelt op onverwachte manieren zullen gebruiken. Ze benadrukken dat het ontwikkelen van het programma een inspanning was van de hele astronomiegemeenschap van het lokale universum, en ze zijn van plan om die samenwerking voort te zetten zodra de gegevens binnen zijn. Hun team van observerende programma's is van plan een workshop te organiseren om de resultaten van het programma met andere astronomen te bespreken en de software die ze hebben ontwikkeld aan te passen. allemaal met als doel leden van de astronomiegemeenschap te helpen bij het aanvragen van tijd om Webb te gebruiken voor hun onderzoek.

"Ik denk dat dat heel belangrijk is - het idee om samen te werken om grote wetenschap te bereiken, in tegenstelling tot velen van ons die proberen te concurreren, "zegt Wies.