Teleskop James Webb pomoći će nam zaviriti u prošlost svemira

Gotovo kao najljepši božićni poklon stiglo je uspješno lansiranje najskupljeg NASA-ina teleskopa u povijesti, nazvanog James Webb. U trenucima dok pišemo ovaj tekst teleskopu je ostalo oko milijun kilometara puta do udaljenosti od Zemlje s koje će se kroz njega promatrati dubine svemira. Čak 10 milijardi dolara vrijedan uređaj u svemir je ponijela raketa Ariane u subotu 25. prosinca s poligona Kourou u Francuskoj Gvajani na misiju koja ima nekoliko glavnih ciljeva. Najvažnija je zaviriti na sam rub vremena, u doba kada su prve zvijezde obasjale svemir. James Webb nasljednik je teleskopa Hubble, no ovaj uređaj koji su osmislile američka agencija NASA, europska ESA i kanadska CSA, a izgradila američka tvrtka Northrop Grumman oko stotinu je puta snažniji od svojeg prethodnika. Razvoj i izgradnja James Webba trajali su 30 godina, u čemu su sudjelovale tisuće ljudi iz 14 zemalja radeći čak 40 milijuna sati, tako da se može reći i kako je riječ o djelu čovječanstva i za čovječanstvo po zadacima koje James Webb treba ispuniti.

Ovo ne znači da će Hubble automatski prestati s radom kada James Webb profunkcionira, sigurno ne, računa se da će teleskop veteran koji je u orbiti na visini od oko 540 km od 1990. godine raditi sve do četvrtog desetljeća ovog stoljeća, dakle između 2030. i 2040. godine. Da će James Webb donijeti saznanja koja Hubble nije mogao, govori i činjenica da će njegovo putovanje prema svemiru završiti na milijun i pol kilometara udaljenosti od Zemlje. Riječ je o udaljenosti četiri puta većoj od one do Mjeseca. Dok do te visine ne stigne, Webb čeka još niz kompleksnih aktivnosti koje moraju proći bez greške kako bi pravilno profunkcionirao i ispunio visoka očekivanja. Primjerice, na putu prema svojem odredištu James Webb mora sam sebe “raspakirati”, rasklopiti se iz sadašnje konfiguracije koja je nešto poput origamija. Naime, njegovo ogledalo toliko je veliko da nije moglo stati u raketu bez da se sklopi. Proces rasklapanja trajat će oko dva tjedna. Jasno je da ni to neće biti tako lako. No, taj veliki prvi korak prije par dana uspješno je napravljen.

– Moramo prihvatiti da ima nebrojenih stvari koje moraju funkcionirati, i to savršeno. Ali znamo da veliki rizici daju i velike nagrade. To je posao kojim se mi bavimo. Zato se usuđujemo istraživati, rekao je NASA-in administrator Bill Nelson.

Sam će se raspakirati
Srce je ovog moćnog uređaja, dakle, njegovo pozlaćeno od berilija sačinjeno šest i pol metara široko ogledalo. To je oko dva i pol puta šire nego primarni reflektor na Hubbleu čije je ogledalo promjera tek 2,4 metra. Ogledalo Webba formirano je od 18 ploha, a zakrivljenost njegove površine regulira se posebnim pokretačima. Za razliku od Hubblea, radna temperatura čijeg ogledala je 20 Celzijeva stupnja, ono Jamesa Webba radit će na -233 stupnja. Tek će u tim uvjetima prepoznati i najslabije infracrveno zračenje iz svemira bez smetnji, samo tada će moći razgledati udaljeni, rani svemir u kojem su rođene prve galaktike i planete koji se kreću oko drugih zvijezda. Da bi se to postiglo, ovo najveće zrcalo ikada lansirano sa Zemlje ima toplinski štit koji čini pet kao vlat kose tankih slojeva premaza kaptonom, materijalom koji je 60-ih godina razvila kompanija DuPont, koji je onda prekriven i aluminijem te silicijskim premazima. Ova optika zajedno s četiri superosjetljiva instrumenta trebala bi omogućiti astronomima da gledaju dublje u svemir pa tako i u povijest, unatrag u vrijeme više nego što je bilo moguće prije. Zašto je to moguće, pitali smo dr. sc. Vibora Jelića, voditelja Laboratorija za astročestičnu fiziku i astrofiziku na Zavodu za eksperimentalnu fiziku na Institutu Ruđer Bošković.

– Opažanjem svemira astrofizičari zapravo gledaju u prošlost jer je svjetlosti potrebno određeno vrijeme da bi prošla put iz pojedinog kutka svemira do nas. To je posljedica konačne brzine svjetlosti dok putuje svemirom i iznosi oko 300.000 km/s. Iako se radi o jako velikoj brzini te ujedno i najvećoj mogućoj brzini u svemiru, zbog velikih udaljenosti koje svjetlost mora prijeći, čak i u slučaju Sunca, svjetlosti je potrebno vrijeme da stigne do nas. U slučaju Sunca riječ je o nešto više od 8 minuta. Promatrajući Sunce, to znači da gledamo Sunce kakvo je bilo prije nešto više od 8 minuta. U slučaju nama najbliže galaksije Andromede svjetlosti je potrebno čak oko 2,5 milijuna godina da stigne do nas, dok za najudaljenije galaksije to može biti više od 13 milijardi godina. Dakle, što su objekti koje opažamo udaljeniji od nas, omogućuju nam proučavanje dalje prošlosti svemira, kaže dr. Jelić.

Glavni je cilj poviriti u doba prvih zvijezda koje su prekinule tamu za koju se teoretizira da je obuhvaćala svemir ubrzo nakon velikog praska, prije više od 13,5 milijardi godina. Nuklearne reakcije u ovim objektima vjerojatno su bile te koje su stvorile prve teške atome nužne za život, ugljik, dušik, kisik, fosfor i sumpor.

– Jedan od ključnih ciljeva teleskopa James Webb jest istražiti prve galaksije u svemiru, koje su nastale nekoliko stotina milijuna godina nakon velikog praska. Kako bismo istražili ove galaksije, moramo zaviriti u najudaljenije kutke svemira i uhvatiti slabu svjetlost kojoj je bilo potrebno više od 13 milijardi godina da doputuje do nas. James Webb će vršiti opažanja u bliskom infracrvenom području elektromagnetskog zračenja i pokušati odgonetnuti karakteristike prvih galaksija koje današnjim teleskopima nismo mogli direktno proučavati. Također će se proučavati kako su prve galaksije u svemiru uništile (ionizirale) vodik u plinovitom stanju koji se poput paučine razvlači po prostoru između galaksija u svemiru. U istraživanju ovoga procesa reionizacije svemira sudjeluju i astrofizičari s Instituta Ruđer Bošković u Zagrebu, ali koristeći radiovalove i radioteleskop LOFAR, čije stanice se nalaze u Nizozemskoj i sjeverozapadnom dijelu Europe. Opažanja radioteleskopom LOFAR i teleskopom James Webb međusobno se nadopunjuju jer prvi omogućuje opažanje reionizacije plina u međugalaktičkom prostoru, dok drugi daje pogled na prve galaksije čije zračenje ionizira plin – opisao nam je dr. Jelić.

Pogledati kroz atmosfere udaljenih planeta još je jedan veliki cilj koji stoji pred James Webbom. Bude li u tome uspješan, znat ćemo je li neki od tih planeta možda nastanjiv.

– Teleskop James Webb ne bi trebao samo otkriti nove egzoplanete u našoj galaksiji Mliječnom putu već će prvi put omogućiti analizu sastava atmosfere otkrivenih egzoplaneta. Analiza će se raditi s pomoću spektrometra na teleskopu James Webb koji razlučuje intenzitet opažane svjetlosti zvijezde kroz atmosferu egzoplaneta na vrlo finoj skali valnih duljina, tzv. spektru. Molekule i elementi u atmosferi egzoplaneta djelomično ili potpuno apsorbiraju svjetlost zvijezde pojedinih valnih duljina te stvaraju tzv. apsorpcijske linije koje izgledaju kao depresije u spektrima zvijezda. Kako svaki element i molekula apsorbira svjetlost na karakterističnim valnim duljinama njihov potpis u spektru koriste astrofizičari da bi odgonetnuli sastav atmosfere egzoplaneta. Na taj način nadamo se pronaći egzoplanete čija atmosfera ima sličan sastav kao Zemljina te otkriti potpis koji bi upućivao na postojanje eventualnog života na tom planetu. Kako se radi o vrlo kompleksnom istraživanju na istom će astrofizičari raditi zajedno s kemičarima i biolozima, objasnio nam je dr. Jelić.

Promatranje crne rupe
Razvoj teleskopa James Webb počeo je 1996. godine s budžetom od 500 milijuna dolara i planiranim lansiranjem 2007. godine. No 2005. prošao je cjelovit redizajn, vrijeme su uzela i oštećivanja prilikom testiranja, pa procjene neovisnih tijela za provjeru, naravno i sama pandemija, kao i problemi s raketom Ariane 5, ali i neispravnosti na samom teleskopu. Nakon što je dovršen 2016. godine, prošlo je pet godina ekstenzivnog testiranja prije nego su se konačno stvorili uvjeti za lansiranje. I dok leti prema svojem konačnom cilju daleko od Zemlje, James Webb nije imun na kontroverze. Ime je, naime, dobio prema direktoru NASA-e u vrijeme programa Apollo. James E. Webb bio je administrator NASA-e između 1961. do 1968. godine, dakle u slavno doba ove agencije, međutim isto tako nije se, tvrde mnogi, protivio progonu gejeva i lezbijki u istoj toj agenciji. Mnogi su tražili da se ime teleskopa zbog toga promijeni. No odbijeni su. Međutim, iako su usporedbe s Hubbleom logične i prirodno se nameću, u svim napisima o Jamesu Webbu često se izostavlja jedan teleskop na čiji će se rad velikim dijelom naslanjati. A to je Spitzer.

Ovaj manji teleskop koji je znanstveno “umirovljenje” dočekao početkom prošle godine upravo je onaj kroz koji je 2017. godine uočena formacija sedam egzoplaneta nazvanih TRAPPIST-1, imenovana po omiljenom pivu znanstvenika koji potpisuju otkriće. Jedan je od Webbovih ciljeva upravo zaviriti u planet TRAPPIST-1e za koji se sumnja da bi na površini mogao imati vode. A gdje ima vode, moglo bi biti i života. No taj egzoplanet nije jedini na popisu. Svakako, astrofizičare svugdje u svijetu zanimat će i promatranje supermasivne crne rupe u središtu Mliječnog puta, pa onda i planetarni sustavi u formiranju, blještavi kvazari u središtu galaktika, kao i ostaci formiranja našeg Sunčeva sustava poznati kao Kuiperov pojas. Kako smo spomenuli, do najvećih otkrića još ima vremena. Ako se sjećate, kod spuštanja rovera Perseverance na Mars govorili smo o sedam minuta užasa. Znanstvenici koji rade na Jamesu Webbu prolaze 29 dana na rubu, koliko teleskopu treba da dosegne svoju ciljnu točku. Ako neki od tisuća dijelova koji se moraju rasklopiti zataji, intervenirati se može sa Zemlje. Kada sve to prođe, predstoji još šest mjeseci provjere, prilagođavanja i kalibracije. A onda će negdje kasne 2022. godine James Webb početi prikupljati podatke i slati prve fotografije.

– Prva godina Webbovih promatranja pružit će prvu priliku najširem spektru znanstvenika širom svijeta s konkretnim ciljevima svojih istraživanja omogućenih ovim sljedećim velikim NASA-inim svemirskim opservatorijem. S globalnom će se zajednicom dijeliti nevjerojatna znanost koja će biti hrabra i profinjena – rekao je Thomas Zurbuchen, voditelj NASA-ina znanstvenog odjela.