Voor de beste ervaring schakelt u JavaScript in en gebruikt u een moderne browser!
Je gebruikt een niet-ondersteunde browser. Deze site kan er anders uitzien dan je verwacht.
uva.nl
Anton Pannekoek Instituut voor Sterrenkunde null

Blog: Ruimtetelescoop JWST: het nieuwe oog van de mensheid

Door PhD-kandidaat Saugata Barat

28 november 2022

De James Webb Space Telescope (JWST), de opvolger van de ruimtetelescoop Hubble, bestudeert het heelal onder andere in infrarood licht en zal naar verwachting een revolutie teweegbrengen in onze inzichten in het universum. Want de nieuwe ruimtetelescoop zal niet alleen de atmosfeer van verre exoplaneten kunnen onderzoeken, maar ook exotische interstellaire gas- en stofwolken en de allereerste sterrenstelsels, die bijna dertien miljard jaar geleden ontstonden. De JWST werd op 25 december 2021 vanaf de ruimtebasis Kourou in Frans-Guyana gelanceerd met behulp van een Ariane 5-raket en had ruim een maand nodig om naar de plek te reizen waar hij nu is gestationeerd, op zo’n anderhalf miljoen kilometer van de aarde.
Foto genomen vanuit de ruimte van de James Web Space Telescoop, een glimmend ruimteschip in de vorm van een kubus, met de aarde in de rechterbovenhoek.
Fig 1: Deze foto van de James Webb Space Telescope, met de aarde op de achtergrond, werd genomen door camera’s aan boord van de bovenste trap van de raket waarvan de ruimtetelescoop zich zojuist had losgemaakt. Bron: https://webb.nasa.gov/

Waarom is de James Webb gelanceerd?

Met onze ogen kunnen we de wereld om ons heen in optisch licht waarnemen, maar veel objecten geven daarnaast ook straling in andere frequenties af dan die van zichtbaar licht. Zo stralen planeten het grootste deel van hun energie uit in infrarood licht, terwijl extreem compacte objecten, zoals neutronensterren en zwarte gaten, enorme hoeveelheden röntgenstraling uitzenden. Om al deze exotische objecten in het heelal te kunnen bestuderen, doen astronomen dus een beroep op andere bandbreedten van het elektromagnetische spectrum dan die van optisch licht. De meeste elektromagnetische straling wordt door de bovenste lagen van de atmosfeer geabsorbeerd; zo is de atmosfeer van de aarde alleen doorzichtig voor optisch licht en voor radiogolven (zie afbeelding 2). Daardoor moeten astronomen telescopen in de ruimte gebruiken als ze het universum in andere elektromagnetische bandbreedten willen bestuderen. Voorbeelden van dit soort ruimtetelescopen zijn het Chandra X-Ray Observatory (dat röntgenstraling opvangt), de Fermi-telescoop (gammastraling) en de Hubble (ultraviolet en infrarood).

In de bovenste grafiek is te zien hoe ondoordringbaar de atmosfeer van de aarde is voor verschillende bandbreedten van het elektromagnetische spectrum. Eronder zijn de ‘vensters’ uitgebeeld waardoorheen we vanaf de aarde in de ruimte kunnen kijken.
Afbeelding 2: In de bovenste grafiek is te zien hoe ondoordringbaar de atmosfeer van de aarde is voor verschillende bandbreedten van het elektromagnetische spectrum. Eronder zijn de ‘vensters’ uitgebeeld waardoorheen we vanaf de aarde in de ruimte kunnen kijken.

Wat hebben we tot dusver met de JWST gezien?

In juli 2022 bereikte de JWST zijn definitieve omloopbaan, en sindsdien hebben astronomen uit de hele wereld zich verdiept in de verbluffende data die door de ruimtetelescoop worden vergaard. In afbeelding 3 zijn de ‘Deep Field’-opnamen van de MIRI- en NIRCam-instrumenten te zien, waarbij het licht van een klein stukje van de nachthemel met extreem lange belichtingstijden wordt bekeken, waardoor er een rijk ‘veld’ van astronomische objecten (sterren en verschillende soorten sterrenstelsels) vastgelegd kan worden. De JWST heeft nu een van de ‘diepste’ (verste en langdurigste) opnamen ooit van het universum gemaakt. In afbeelding 4 (links) zien we de beroemde ‘Pilaren der Schepping’, een emissienevel (de ‘Adelaarsnevel’) waarin veel stervorming plaatsvindt.

Naast het maken van dit soort prachtige opnamen is de JWST ook in staat om spectroscopische metingen te doen. In afbeelding 4 (rechts) zien we een voorbeeld van het transmissiespectrum van de exoplaneet WASP 39b, een ‘hete Jupiter’ die met behulp van het NIRSpec PRISM werd geobserveerd. De zichtbare piek in het spectrum verraadt de aanwezigheid van kooldioxide (CO2) in de atmosfeer van WASP 39b. CO2 is een van de belangrijkste moleculen die we in deze kunnen vinden en het bestanddeel kan ons meer vertellen over het ontstaan van de planeet. De meting is de duidelijkste waarneming van de aanwezigheid van CO2 in de atmosfeer van een exoplaneet die ooit is gedaan. Met behulp van de JWST zal het meten en identificeren van bestanddelen in de atmosfeer van exoplaneten veel nieuwe en fundamentele inzichten opleveren. De JWST heeft nog andere adembenemende waarnemingen gedaan, waarvan sommige zijn te bewonderen op deze website: https://webb.nasa.gov/.

Een foto vol met sterrenstelsels tegen een donkere achtergrond. De sterrenstelsels zijn wollige neveltjes, het licht van somme ervan zijn uitgerekt. Dit komt door de zwaartekracht van de sterenstelsels op de voorgrond.
De ‘Deep Field’-opnamen van MIRI (links) en NIRCam (rechts), twee instrumenten aan boord van de JWST. (Bron: https://webb.nasa.gov/.)
De
Afbeelding 4: Ook de ‘Pilaren der Schepping’ (links) werden door de JWST vastgelegd. (Bron: NASA, ESA, CSA, StSci). In deze emissienevel worden veel sterren geboren. Dit transmissiespectrum van de ‘hete Jupiter’ WASP 39b werd waargenomen met het NIRSpec-instrument. (Bronnen: NASA, ESA, CSA, L. Hustak (STScI) en het Transiting Exoplanets Early Release Science Team.)
Het transmissiespectrum van WASP 39b is een grafiek met op de x-as de golflengte en de hoeveelheid geblokkeerd op de y-as. Er zit een piek in ongeveer het midden bij 4-4.5 micron, en bij de piek staat het commentaar ‘koolstofdioxide (co2)’.
Dit transmissiespectrum van de ‘hete Jupiter’ WASP 39b werd waargenomen met het NIRSpec-instrument. (Bronnen: NASA, ESA, CSA, L. Hustak (STScI) en het Transiting Exoplanets Early Release Science Team.)