James Webb Space Telescope: un futuristico sguardo sull'Universo

In una conferenza che rimarrà nella storia, la NASA ha mostrato al mondo un modo nuovo di osservare le meraviglie dello spazio profondo

James Webb Space Telescope: un futuristico sguardo sull'Universo
Articolo a cura di

Molti di noi, a un certo punto, avranno utilizzato anche solo per breve tempo una delle strabilianti foto scattate dal telescopio Hubble come sfondo del proprio desktop o smartphone. Le immagini catturate nel corso della sua, a tratti travagliata, storia ultratrentennale ci hanno fatto sognare, esplorare con qualcosa di più dell'immaginazione angoli di universo che non potevamo immaginare essere così affascinanti. Prendiamo per esempio gli scatti della Nebulosa Aquila, una foto divenuta celebre anche con il nome di Pilastri della Creazione, attraverso la quale abbiamo potuto vedere uno dei luoghi da cui si originano le stelle. Oppure della Nebulosa Farfalla, dove vediamo immortalata la fine di una stella.

Gli ultimi giorni però ci hanno mostrato qualcosa di completamente nuovo e a tratti rivoluzionario rispetto a ciò che abbiamo osservato finora. Nel corso di due distinti eventi la NASA ci ha mostrato il futuro dell'osservazione dello spazio, un nuovo modo per esplorare gli angoli più remoti dell'universo.

Il James Webb Space Telescope

Lanciato il 25 dicembre 2021 a bordo di un razzo Ariane 5 dallo spazioporto di Kourou, nella Guiana Francese, il James Webb Space Telescope porta con sé una serie di tecnologie che lo rendono lo strumento di osservazione della volta celeste più tecnologicamente avanzato mai progettato dall'uomo, oltre ad essere il più grande mai lanciato nello spazio.

Il suo specchio del diametro di 6,5 metri, il suo scudo termico delle dimensioni di un campo da tennis e in grado di eliminare le interferenze dovute al calore del Sole, della Luna e della sua stessa strumentazione, la sua capacità di analizzare le lunghezze d'onda della banda infrarossa, ci permetteranno negli anni a venire di comprendere meglio l'universo che ci circonda.
Le aspettative nei suoi confronti sono state alte fin da subito, la sua storia travagliata ha fatto sorgere più di una preoccupazione nella mente dei suoi progettisti e di chi con passione ne ha seguito le vicissitudini, ma tutto questo è cambiato quando la NASA ha deciso di rivelare al mondo intero le prime esclusive immagini scattate dal telescopio, e non soltanto quelle.

Deep Field

"Quest'area di universo ritratta in questa foto equivale a una porzione di cielo grande come un granello di sabbia posizionato sulla punta di un dito, tenuto a distanza di un braccio da una persona qui sulla Terra". Questo il commento di Bill Nelson, attuale Amministratore della NASA, nell'introdurre la prima immagine rivelata. Alla presenza del Presidente degli Stati Uniti d'America Joe Biden e della Vicepresidente Kamala Harris, Nelson ha mostrato il primo Deep Field scattato dal JWST. Si tratta di SMACS 0723, un ammasso di galassie già fotografato da Hubble ma che ora appare con un livello di dettaglio enormemente superiore a quello fornitoci dal predecessore del JWST.

L'immagine mostrata è il risultato della combinazione di più scatti effettuati sfruttando diverse lunghezze d'onda e unificate tramite un'elaborazione durata circa 12 ore e mezza, un tempo di molto inferiore a quello richiesto da Hubble per simili operazioni, e grazie all'utilizzo combinato della Near-Infrared Camera (NIRCam), la fotocamera principale del telescopio, e del Mid-Infrared Instrument (MIRI), è popolata da una serie di particolari in grado di raccontare molto più di quanto ci si aspettasse su questo densamente popolato ammasso di galassie.

Alcune delle galassie visibili nella foto risalgono a quando l'universo non aveva ancora raggiunto il miliardo di anni di vita, la loro luce ha impiegato miliardi di anni a raggiungerci con le lunghezze d'onda dilatate a causa di un fenomeno denominato Redshift cosmologico, il quale comporta che la luce emessa da un oggetto in allontanamento abbia una lunghezza d'onda maggiore rispetto a quella che aveva nel momento in cui è stata emessa.

La foto ci permette di effettuare un vero e proprio viaggio nel tempo, mostrandoci l'aspetto che SMACS 0723 aveva circa 4,6 miliardi di anni fa, con la massa combinata delle galassie che, fungendo da lente gravitazionale, ci permette di osservare quei corpi celesti così giovani e risalenti a quando l'universo era ancora molto giovane. Già questa immagine da sola sarebbe stata sufficiente a lasciare tutti a bocca aperta a lungo, ma quanto rivelato successivamente non ha fatto altro che stupire ancora di più che ha osservato l'evento.
Qui il link per l'immagine ad alta definizione.

Uno sguardo all'atmosfera di un Esopianeta

Il confronto delle analisi condotte sulla luce stellare che filtra attraverso l'atmosfera di un pianeta mentre questo passa davanti alla stella intorno alla quale ruota e la luce non filtrata mentre esso si trova a fianco della stella, è ciò che permette di ottenere uno spettro di trasmissione. Esso è in grado di restituirci dei dati riguardanti l'atmosfera di un pianeta, permettendoci di conoscerne alcune caratteristiche.

Non è la prima volta che l'atmosfera di un esopianeta viene studiata, lo stesso Hubble fu in grado nel 2013 di identificare tracce d'acqua nell'atmosfera di un pianeta, ma le informazioni ottenute grazie agli avanzati strumenti del JWST segnano una svolta in questo genere di osservazioni. WASP-96 b è uno degli oltre 5000 pianeti identificati nella Via Lattea e, grazie alle più recenti analisi, è stato possibile identificare nella sua atmosfera l'acqua, la presenza di foschia e di nubi.

Già in passato vennero condotti degli studi, ma mai prima d'ora fu possibile arrivare ad un'analisi così approfondita dei gas che costituiscono l'atmosfera di questo enorme e caldissimo pianeta gassoso distante da noi circa 1150 anni luce.
La possibilità di effettuare studi così approfonditi da il via ad una nuova era dell'esplorazione degli esopianeti, i ricercatori potranno ottenere informazioni in grado di far loro comprendere la loro storia ed evoluzione e perchè no, magari li aiuterà nell'identificare un possibile nuovo mondo abitabile per la razza umana.
Qui il link per l'immagine ad alta definizione.

La fine di una stella

Il magnifico scatto della nebulosa planetaria NGC 3132, conosciuta anche con il nome di Nebulosa Anello Meridionale, non è soltanto una foto che potrebbe benissimo essere incorniciata ed esposta nelle nostre case. Il JWST, ed Hubble prima di lui, hanno immortalato la parte finale della vita di un sistema di stelle doppie, finora soltanto ipotizzato ed ora chiaramente visibile, che per migliaia di anni ha emesso anelli di gas e polveri nello spazio intorno a sé, generando questa magnifica nebulosa che ora possiamo ammirare in tutto il suo splendore.
Le due stelle al centro si comportano in maniera differente, il che è dovuto al loro diverso stadio evolutivo; esse ruotano una attorno all'altra, ma mentre una, la più luminosa, si trova in uno stadio meno avanzato della sua evoluzione, l'altra sta già da tempo espellendo il materiale che vediamo immortalato nello scatto.

Quella che abbiamo è una sua visuale frontale, ma se potessimo ruotarla potremmo vedere una struttura che ci ricorderebbe due ciotole unite nella parte inferiore.
Il James Webb, attraverso la sua strumentazione, sarà in grado di dirci quali molecole sono presenti nei gusci di gas rilasciati e la loro collocazione, permettendo agli scienziati di aumentare la comprensione di questi oggetti. Questo potrà avvenire, ad esempio, attraverso un'osservazione accurata degli strati gassosi rilasciati dalle stelle. Comprenderne la sequenza temporale e la composizione potrà fornire informazioni decisive sulla loro storia.
Qui il link per l'immagine ad alta definizione.

Il quintetto di Stephan

Quello che vediamo davanti a noi è un mosaico ottenuto unendo circa 1000 immagini diverse scattate dal James Webb. Il risultato è uno scatto con un livello di dettaglio mai visto prima, che ci permette di studiare in maniera diversa questo ammasso di galassie.
Scoperto nel 1877 dall'astronomo francese Édouard Stephan, il Quintetto di Stephan è un gruppo compatto di galassie molto attivo, caratterizzato dalle interazioni tra i suoi componenti. Sebbene si parli di "quintetto", però, va precisato che solo quattro di loro sono effettivamente vicine. La prima, quella collocata più a sinistra e denominata NGC 7320 si trova a 40 milioni di anni luce dalla Terra, mentre le altre, NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B e NGC 7319, si trovano a circa 290 milioni di anni luce di distanza.

Esse sono impegnate in una sorta di "danza cosmica" e ll JWST è stato in grado di immortalare un momento che potremmo definire drammatico, quello cioè in cui NGC 7318B sfonda l'ammasso generando delle enormi onde d'urto. La galassia più in alto del gruppo invece, NGC 7319, ospita al suo interno un nucleo galattico attivo, un buco nero supermassiccio grande 24 milioni di volte la massa del Sole che sta divorando il materiale a lui circostante.
Proprio la nuova strumentazione del James Webb ha permesso di "sezionare" il nucleo andando oltre la coltre di polveri che lo circonda, riuscendo a vedere i deflussi luminosi guidati dal buco nero con un livello di dettaglio mai raggiunto.
Qui il link per l'immagine ad alta definizione.

Come nasce una stella

L'ultima foto mostrata durante la conferenza può tranquillamente essere definita un "gran finale".
Stiamo parlando di uno scatto incredibile che ritrae il bordo di una zona di formazione stellare denominata NGC 3324 (qui il link per l'immagine ad alta definizione), situata all'interno della Nebulosa Carena nella costellazione della Carena, a una distanza di circa 7600 anni luce.
Ciò che vediamo a una prima occhiata può ricordare un paesaggio montuoso, con picchi dai quali sale lentamente una sottile foschia. Quanto stiamo osservando, però, è in realtà una conca scavata dalla radiazione ultravioletta e dai venti stellari emessi da alcune stelle di grandi dimensioni e di recente formazione situate al di sopra dell'area fotografata. Le "vette" che vediamo arrivano ad altezze di circa 7 anni luce.
Proprio quella foschia che vediamo salire da questi picchi è materiale eroso dalla nebulosa dalla radiazione ultravioletta di cui abbiamo parlato in precedenza.

L'avanzata strumentazione del JWST non solo permette di vedere elementi e particolari che prima potevano solo essere immaginati, pensiamo ad esempio a quelle stelle che in precedenza risultavano invisibili perché ricoperte da spesse coltri di polveri e che ora possiamo veder emergere dalla nebulosa, ma si rivelerà essenziale nell'affrontare alcune domande cui l'astrofisica moderna sta cercando da tempo di dare risposte: quali sono i fattori che determinano il numero di stelle che può essere generato da un'area come quella fotografata ed analizzata? Che cosa determina la loro massa? Quali sono gli effetti delle stelle minori sulle nubi di materiali che costituiscono le nebulose?

A queste, e a molte altre domande, gli scienziati sperano di poter dare risposta nel prossimo futuro.
Ciò a cui abbiamo assistito in questi due eventi è un antipasto che la NASA ci ha fornito di ciò che potremo vedere nei prossimi anni. Nuove scoperte, nuove rivelazioni, e perché no, anche nuovi mondi, sono pronti per essere scoperti e mostrati al mondo intero. E a noi, quindi, non resta che attendere tutto questo mentre con il naso all'insù contempliamo le meraviglie che illuminano il nostro cielo notturno.

Credits immagini: NASA/ESA/CSA/STSc