20. april 2021

Dansk deltagelse i mere end en tredjedel af det nye James Webb-Rumteleskops første observationer

James Webb-Rumteleskopet:

Når James Webb-Rumteleskopet trods mange forsinkelser endelig skydes afsted til oktober, og efter nogle indledende kalibreringer begynder på sin første runde af observationer, bliver det med en imponerende dansk deltagelse. Cosmic Dawn Center – et samarbejde mellem Danmarks Tekniske Universitet og Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet – skal trække i arbejdstøjet fra teleskopets start. Størst fokus bliver der på at lære om Universets allertidligste galakser.

Kunstnerisk fremstilling af James Webb-Rumteleskopet
Kunstnerisk fremstilling af James Webb-Rumteleskopets videnskabelige muligheder. Det store spejl, den infrarøde følsomhed, og den høje opløsningsevne i både billeder og spektroskopi giver astronomerne mulighed for at finde de første galakser, udforske dannelsen af stjerner, samt at måle planetsystemers fysiske og kemiske egenskaber, inklusive vores egen solsystem. Kredit: NASA, ESA og A. Feild (STScI).

Hubbles efterfølger

Med sin diameter på næsten tre gange Hubble-Rumteleskopet bliver James Webb-Rumteleskopet det største, der nogensinde er blevet sendt ud i rummet. Det er da også blevet kaldt "Hubbles efterfølger". James Webb er bygget til primært at observere infrarødt lys, og vil derfor revolutionere vores viden om især det meget tidlige Univers — det er nemlig sådan, at jo længere tid lyset har rejst gennem Universet, jo længere bliver dets bølgelængde, og jo (infra-)rødere bliver det dermed.

På Niels Bohr Institutets grundforskningscenter "Cosmic Dawn Center" (eller DAWN), hvor de forsker i galakser, er de ekstra begejstrede over opsendelsen af James Webb: Af de 6000 timers observationstid, som første runde kommer til at bestå af, kommer de danske forskere nemlig til at tage del i 2133 timer, eller over ⅓ af den samlede tid.

DAWN-centret har en speciel aktie i James Webb, idet de har bidraget til konstruktionen af to af teleskopets instrumenter. Som tak blev de tildelt et antal "ekstra" observationstimer. Men de over 2000 timer er altså opnået i lige konkurrence med 40 andre landes forskere.

De tidligste galakser

Overordnet set er målet med DAWN's programmer at studere de tidligste, og dermed fjerneste, galakser i Universet. 

Det mest ambitiøse observationelle program er døbt "COSMOS-Webb". Dette program har som mål at gennemsøge en stor del af et allerede velbesøgt udsnit af himlen, som Hubble længe har haft i søgelyset. Og forventede resultatet bliver storslået: En halv million galakser, mange tilbage i en tid hvor Universet blot var 5% af sin nuværende alder.

Teleskopets store spejl giver det mulighed for at indsamle store mængder lys; altafgørende for at se de ekstremt lyssvage objekter, der er tale om. Men ligesom et almindeligt kamera må bruge lang lukkertid for at tage et billede i tusmørket, vil James Webb også eksponere i lang tid: Imponerende 208 timer vil blive brugt på at skabe det hidtil dybeste panoramabillede af en uovertruffen stor population af de tidligste galakser. 

Det er enestående at så stort og ambitiøst et program bliver gennemført fra starten af James Webbs garanterede som kun er fem år. Dette vil give os og alle andre brugere af rumteleskopet muligheden for at identificere tusindvis af galakser af alle typer og udviklingsstadier i det tidligste Univers, inklusiv de mest sjældne som så kan studeres i detalje med James Webb i de følgende år," forklarer Sune Toft, professor i astronomi og leder af Cosmic Dawn Center, som er med i COSMOS-Webb-samarbejdet. "Udover de galakser vi regner med at finde, er vi overbeviste om at de mest spændende opdagelser, et stort udforskende program som dette vil finde, er nogle vi ikke endnu har kunnet forestille os. Det er hvad astronomiens historie viser".

…og de største

Mens COSMOS-Webb er det største program, er DAWN også involveret i flere andre programmer, nogle leder af de yngste forskere i centret. Ét af disse vælger, i stedet for at kigge "bredt" på tusindvis af galakser, at fokusere på fem allerede kendte galakser — ikke bare fem tilfældige, men fem galakser der er så store og udviklede, at de udfordrer vores forståelse af, hvordan galakser bliver dannet.

"Vi vil kigge tilbage tiden og fange disse mystiske galaksers lys, og på den måde udforske deres stjernedannelse, deres gas, og deres støv, for at blive klogere på hvordan de kan have udviklet sig så hurtigt", uddyber John Weaver, PhD-studerende på DAWN og leder af projektet.

James Webb ser dobbelt

For et tredje af de udvalgte programmer er James Webb bare ikke nok. DAWN's postdoc Seiji Fujimoto, som leder programmet, vil gøre brug af en mageløs teknik, hvor selve tyngdekraften kan afbøje og forstørre billedet af en galakse, 28 milliarder lysår væk.

Ikke nok med at lyset forstærkes ca. 100 gange, og forstørrelsen gør ham i stand til at studere galaksens indre struktur i hidtil uset grad; fordi lyset kan tage flere ruter gennem rummet, kan galaksen endda ses flere steder på himlen.

Observationerne er ikke blot interessante i sig selv, men øger også forventningerne for fremtidig forskning. "Når næste generations teleskoper i 30-meter-klassen står færdige, vil vi kunne studere stjernehobe, eller måske endda individuelle stjerner, i de allerfjerneste galakser", uddyber Seiji Fujimoto.