Wetenschappers zullen NASA's James Webb Space Telescope gebruiken om delen van de hemel te bestuderen die eerder zijn waargenomen door NASA's Great Observatories, waaronder de Hubble-ruimtetelescoop en de Spitzer-ruimtetelescoop, om de schepping van de eerste sterrenstelsels en sterren van het universum te begrijpen.

Nadat het is gelanceerd en volledig in gebruik is genomen, wetenschappers zijn van plan om de Webb-telescoop te richten op delen van het Hubble Ultra-Deep Field (HUDF) en de Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS). Deze secties van de lucht behoren tot Webb's lijst met doelen die zijn gekozen door waarnemers met gegarandeerde tijd, wetenschappers die de telescoop hebben helpen ontwikkelen en daarmee als een van de eersten het universum gaan observeren. De groep wetenschappers zal voornamelijk Webb's mid-infrared instrument (MIRI) gebruiken om een ​​deel van HUDF te onderzoeken, en Webb's nabij-infraroodcamera (NIRCam) om een ​​deel van GOEDEREN in beeld te brengen.

"Door [de gegevens van] deze instrumenten te mengen, we krijgen informatie over de huidige stervormingssnelheid, maar we krijgen ook informatie over de geschiedenis van stervorming, " verklaarde Hans Ulrik Nørgaard-Nielsen, een astronoom van het Danish Space Research Institute in Denemarken en de hoofdonderzoeker van de voorgestelde waarnemingen.

Pablo Perez-González, een professor astrofysica aan de Complutense Universiteit van Madrid in Spanje en een van de vele mede-onderzoekers van de door Nørgaard-Nielsen voorgestelde observatie, zei dat ze Webb zullen gebruiken om ongeveer 40 procent van het HUDF-gebied met MIRI te observeren, op ongeveer dezelfde locatie waar telescopen op de grond zoals de Atacama Large Millimeter Array (ALMA) en de Very Large Telescope array (VLT) ultradiepe veldgegevens hebben verkregen.

De iconische HUDF-afbeelding toont ongeveer 10, 000 sterrenstelsels in een klein deel van de hemel, gelijk aan de hoeveelheid lucht die je met je blote oog zou zien als je ernaar zou kijken door een rietje. Veel van deze sterrenstelsels zijn erg zwak, meer dan 1 miljard keer zwakker dan wat het blote menselijk oog kan zien, ze markeren als enkele van de oudste sterrenstelsels in het zichtbare heelal.

Met zijn krachtige spectrografische instrumenten, Webb ziet veel meer details dan alleen beeldvorming kan bieden. Spectroscopie meet het spectrum van licht, die wetenschappers analyseren om de fysieke eigenschappen te bepalen van wat wordt waargenomen, inclusief temperatuur, massa, en chemische samenstelling. Pérez-González legde uit dat dit wetenschappers in staat zal stellen te bestuderen hoe gassen in de eerste sterrenstelsels in sterren veranderden, en om de eerste fasen in de vorming van superzware zwarte gaten beter te begrijpen, inclusief hoe die zwarte gaten de vorming van hun eigen melkwegstelsel beïnvloeden. Astronomen geloven dat het centrum van bijna elk sterrenstelsel een superzwaar zwart gat bevat, en dat deze zwarte gaten verband houden met galactische vorming.

MIRI kan waarnemen in het infrarode golflengtebereik van 5 tot 28 micron. Pérez-González zei dat ze het instrument zullen gebruiken om een ​​deel van HUDF in 5,6 micron te observeren, waartoe Spitzer in staat is, maar dat Webb objecten 250 keer zwakker en met acht keer meer ruimtelijke resolutie kan zien. In dit geval, ruimtelijke resolutie is het vermogen van een optische telescoop, zoals Webb, om de kleinste details van een object te zien.

Pérez-González zei dat ze in het gebied van HUDF zullen observeren, Hubble kon er ongeveer 4 zien, 000 sterrenstelsels. Hij voegde eraan toe dat met Webb, ze "zullen ongeveer 2 detecteren, 000 tot 2, 500 sterrenstelsels, maar in een geheel andere spectrale band, zoveel sterrenstelsels zullen heel anders zijn dan degene die [Hubble] heeft gedetecteerd."

Met NIRCam, het team zal een stuk van de GOODS-regio observeren in de buurt van hun geselecteerde sectie van HUDF. Het volledige GOODS-onderzoeksveld omvat waarnemingen van Hubble, Spitzer, en verschillende andere ruimteobservatoria.

"Deze NIRCam-beelden worden in drie banden genomen, en ze zullen de diepste zijn die door elk observatieteam met gegarandeerde tijd zijn verkregen, ", legt Pérez-González uit.

NIRCam kan waarnemen in het infrarode golflengtebereik van 0,6 tot 5 micron. Pérez-González legde uit dat ze het zullen gebruiken om een ​​deel van GOEDEREN in de band van 1,15 micron te observeren, waartoe Hubble in staat is, maar dat Webb objecten 50 keer zwakker en met twee keer meer ruimtelijke resolutie kan zien. Ze zullen het ook gebruiken om de banden van 2,8 en 3,6 micron te observeren. Spitzer kan dit ook, maar Webb zal objecten kunnen waarnemen die bijna 100 keer zwakker zijn en met een acht keer grotere ruimtelijke resolutie.

Omdat het heelal uitdijt, licht van verre objecten in het universum is "roodverschoven, " wat betekent dat het licht dat door die objecten wordt uitgestraald, zichtbaar is in de rodere golflengten tegen de tijd dat het ons bereikt. De objecten die het verst van ons verwijderd zijn, degenen met de hoogste roodverschuiving, hebben hun licht verschoven naar het nabij- en midden-infrarode deel van het elektromagnetische spectrum. De Webb-telescoop is speciaal ontworpen om de objecten in dat gebied van het spectrum te observeren, waardoor het ideaal is om naar het vroege heelal te kijken.

"Als je een observatorium bouwt met ongekende mogelijkheden, hoogstwaarschijnlijk zullen de meest interessante resultaten niet de resultaten zijn die u kunt verwachten of voorspellen, maar die niemand zich kan voorstellen, ' zei Pérez-Gonzalez.