Il telescopio spaziale James Webb della NASA è una vera meraviglia tecnologica. Il più grande e complesso telescopio spaziale mai costruito, Webb è in grado di raccogliere la luce che viaggia da 13.5 miliardi di anni, quasi dall'inizio dell'universo. In effetti, Webb è una macchina del tempo, che ci permette di scrutare le prime galassie che si sono formate dopo il Big Bang. Perché raccoglie la luce infrarossa, vede attraverso le gigantesche nuvole di polvere che bloccano la visuale della maggior parte degli altri telescopi. Webb è 100 volte più potente del telescopio spaziale Hubble. In particolare, con la sua serie di specchi segmentati larghi 21 piedi (6.5 metri), Webb è abbastanza potente da cercare il vapore acqueo nelle atmosfere dei pianeti in orbita attorno ad altre stelle. Aprirà una nuova finestra su questi esopianeti, osservandoli in lunghezze d'onda della luce a cui non sono mai stati visti prima e aiutandoci a ottenere nuove intuizioni sulla loro natura. Webb ci aiuterà a capire come le galassie si evolvono nel corso di miliardi di anni in grandi spirali, come la nostra Via Lattea, cercano segni di abitabilità su pianeti lontani e penetrano nei cuori di vivai stellari avvolti dalla polvere. L'osservatorio è stato lanciato dal Sud America il giorno di Natale 2021. Credito: NASA/JPL-Caltech
Il viaggio per la messa in servizio del telescopio Webb continua questa settimana con il riuscito raffreddamento del Mid-InfraRed Instrument (MIRI), attraverso il critico "punto di presa", fino alla sua temperatura operativa finale inferiore a 7 kelvin (-447 gradi Fahrenheit, o -266 gradi Celsius). Questa era una precondizione per completare la settima e ultima fase del processo di allineamento dello specchio. I passaggi successivi includono i controlli iniziali del MIRI e continuano fino alle fasi finali dell'allineamento multistrumento e multicampo con tutti e quattro gli strumenti scientifici.
La scorsa settimana abbiamo condiviso la fantastica scienza sulla formazione di stelle e pianeti pianificata per Webb. Oggi entriamo nei dettagli su come Webb studierà i pianeti attorno ad altre stelle, conosciuti come pianeti extrasolari o esopianeti. Knicole Colón, vice scienziato del progetto di Webb per la scienza degli esopianeti, ci porta nello spazio di scoperta dell'esplorazione di nuovi mondi oltre il nostro sistema solare. La dottoressa Colón offre una prospettiva unica poiché è anche la scienziata del progetto per il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), una missione che ha trovato molti obiettivi di esopianeti che Webb osserverà.
Questa illustrazione mostra un esopianeta in orbita attorno alla sua stella molto più luminosa. Con i suoi coronografi integrati, Webb consentirà agli scienziati di visualizzare esopianeti a lunghezze d'onda dell'infrarosso in cui non li hanno mai visti prima. Credito: NASA, ESA e G. Bacon (STScI)
“Negli ultimi 30 anni, gli astronomi hanno scoperto oltre 5,000 pianeti extrasolari. Queste scoperte hanno rivelato che gli esopianeti abbracciano una vasta gamma di masse, dimensioni e temperature e orbitano attorno a tutti i tipi di stelle, portando a mondi straordinariamente diversi.
“Con le sue potenti capacità spettroscopiche e di imaging su un'ampia gamma di lunghezze d'onda dell'infrarosso, Webb è pronta a rivoluzionare la nostra conoscenza della composizione di questi mondi e dei dischi che formano i pianeti. Da piccoli esopianeti potenzialmente rocciosi fino a giganti gassosi, Webb osserverà questi mondi con la tecnica del transito. Verranno utilizzate tecniche di imaging diretto per studiare esopianeti giovani e giganti insieme agli ambienti in cui i pianeti si formano ed evolvono attorno alle stelle, noti come dischi protoplanetari e dischi di detriti.
“Una specifica osservazione di un esopianeta che verrà effettuata con Webb prevede la raccolta di osservazioni nel corso dell'orbita di un pianeta per consentire misurazioni della composizione e della dinamica atmosferica. Sono coinvolto in un programma per osservare il gigante del gas HD80606b come parte del primo anno di osservazioni di Webb. Poiché l'orbita di HD 80606 b è estremamente eccentrica (non circolare) e lunga (111 giorni), la quantità di energia ricevuta dal pianeta dalla sua stella varia da circa 1 a 950 volte quella che la Terra riceve dal Sole! Ciò si traduce in variazioni di temperatura estreme, che si prevede provocheranno la formazione e la dissipazione rapida delle nuvole nell'atmosfera del pianeta in tempi molto brevi. Il nostro team scientifico esaminerà queste dinamiche nuvolose previste in tempo reale nel corso di un'osservazione continua di circa 18 ore di HD 80606 b mentre passa dietro la sua stella, utilizzando lo strumento NIRSpec su Webb per misurare la luce termica dall'atmosfera del pianeta.
La configurazione orbitale di HD 80606 b viene mostrata insieme alle variazioni di temperatura previste viste dalla Terra e da Webb in diverse fasi orbitali. Sono indicati l'"inizio" e la "fine" pianificati del tratto di circa 18 ore delle osservazioni Webb. Credito: adattato da de Wit et al. 2016; per gentile concessione di James Sikora
“Oltre ai giganti del gas, un certo numero di L'esopianeta di Webb prende di mira nel suo primo anno di osservazioni sono piccole e orbitano stelle più piccole e più fredde del Sole, note come M nane. Mentre la scoperta di esopianeti è iniziata circa 30 anni fa, molti di questi piccoli esopianeti attorno alle nane M sono stati scoperti solo negli ultimi anni da sondaggi come TESS. Le osservazioni di Webb inizieranno a rivelare la diversità delle atmosfere che esistono su questi piccoli pianeti cercando prove di molecole come acqua, anidride carbonica e metano nelle loro atmosfere. Poiché le nane M sono in genere molto più attive del Sole e hanno brillamenti stellari energetici che potrebbero potenzialmente strappare l'atmosfera da questi pianeti, le osservazioni di Webb potrebbero persino rivelare che alcuni di questi piccoli pianeti non hanno affatto atmosfera.
L'illustrazione di questo artista mostra tre piccoli pianeti scoperti da TESS attorno a una stella nana M chiamata L 98-59. I pianeti ce d sono solo 1.4 e 1.6 volte più grandi della Terra e saranno osservati nel primo anno di scienze di Webb. Crediti: Goddard Space Flight Center della NASA
"Con TESS e altri sondaggi che continuano a scoprire altri pianeti nella nostra galassia a un ritmo regolare e Webb che si prepara a studiare le atmosfere di molti di questi mondi appena scoperti, le nostre avventure esopianeti sono per molti versi solo all'inizio".
– Knicole Colón, vice scienziato del progetto di Webb per la scienza degli esopianeti, Goddard Space Flight Center della NASA
Stefanie Milam, vice scienziato del progetto Webb per le scienze planetarie, NASA Goddard
Jonathan Gardner, vice scienziato senior del progetto Webb, Goddard della NASA
