Od momentu powstania projektu naukowcy z niecierpliwością czekają na dzień, w którym Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) zabierze w kosmos. Jako planowany następca Hubble, JWST wykorzysta swoje potężne możliwości obrazowania w podczerwieni do badania niektórych z najodleglejszych obiektów we Wszechświecie (takich jak powstawanie pierwszych galaktyk) i badania planet pozasłonecznych wokół pobliskich gwiazd.
Pojawiło się jednak wiele spekulacji i rozmów na temat tego, które cele będą pierwsze w JWST. Na szczęście, zgodnie z zaleceniem Komitetu ds. Przydziału Czasu i dokładnym przeglądem technicznym, Instytut Teleskopu Kosmicznego (STScI) ogłosił niedawno, że wybrał trzynaście programów „wczesnego wydania” nauki, które JWST spędzą pierwsze pięć miesięcy na studiach służbowych .
W ramach dyskretnego programu naukowego wczesnego uwalniania dyrektora JWST (DD-ERS) te trzynaście celów zostało wybranych w drodze rygorystycznej wzajemnej oceny. W jej skład wchodziło 253 badaczy z 18 powiatów i 106 instytucji naukowych wybierających spośród ponad 100 wniosków. Każdemu programowi przydzielono 500 godzin czasu obserwacji po zakończeniu 6-miesięcznego okresu rozruchu.
Jak powiedział Ken Sembach, dyrektor Space Telescope Science Institute (STScI) w komunikacie prasowym ESA:
“Byliśmy pod wrażeniem wysokiej jakości otrzymanych wniosków. Programy te nie tylko wygenerują wspaniałą naukę, ale będą także wyjątkowym źródłem do wykazania możliwości śledczych tego niezwykłego obserwatorium światowej społeczności naukowej… Chcemy, aby społeczność naukowa była tak produktywna naukowo, jak to możliwe, tak wcześnie, jak to możliwe, dlatego cieszę się, że mogłem poświęcić prawie 500 godzin dyskrecjonalnego czasu reżysera na te obserwacje naukowe z wczesnego uwalniania.”
Każdy program będzie polegał na pakiecie czterech instrumentów naukowych JWST, które zostały wniesione przez NASA, Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) i Kanadyjską Agencję Kosmiczną (CSA). Należą do nich spektrograf bliskiej podczerwieni (NIRSpec) i instrument średniej podczerwieni (MIRI) opracowany przez ESA, a także kamera bliskiej podczerwieni (NIRCam) opracowana przez NASA i STScI, a także kamera termowizyjna bliskiej podczerwieni i Spektrograf szczelinowy (NIRISS) opracowany przez CSA.
Trzynaście wybranych programów to „Through the GLASS”, które będą polegały na doświadczeniach społeczności astronomicznej Hubble do przeprowadzania szczelinowej spektroskopii i poprzednich badań w celu zebrania danych o tworzeniu galaktyk i ośrodku międzygalaktycznym, od najwcześniejszych epok Wszechświata do współczesności. Głównym badaczem (PI) dla tego programu jest Tommaso Treu z University of California Los Angeles.
Kolejnym jest program CERSIC Evolution Early Release Science (CEERS), który przeprowadzi nakładające się obserwacje, aby stworzyć skoordynowane badanie pozagalaktyczne. Badanie to ma pozwolić astronomom zobaczyć pierwsze widzialne światło Wszechświata (ok. 240 000 do 300 000 lat po Wielkim Wybuchu), a także informacje z Epoki Reionizacji (około 150 milionów do 1 miliarda lat po Wielkim Wybuchu) i okres powstawania pierwszych galaktyk. PI dla tego programu to Steven Finkelstein z University of Texas w Austin.
Następnie jest program społecznościowy Transiting Exoplanet Science Early Release, który będzie oparty na pracy Hubble, Spitzer, i Kepler teleskopy kosmiczne poprzez przeprowadzanie badań egzoplanet. Podobnie jak jego poprzednicy, będzie to polegało na monitorowaniu gwiazd pod kątem okresowych spadków jasności, które są powodowane przez planety przechodzące między nimi a obserwatorem (inaczej Fotometria tranzytowa).
Jednak w porównaniu z wcześniejszymi misjami JWST będzie w stanie badać przelatujące planety z niespotykaną dotąd szczegółowością, która ma ujawnić objętości dotyczące ich składu atmosferycznego, struktur i dynamiki. Ten program, dla którego PI to Imke de Pater z University of California Berkeley, powinien zatem zrewolucjonizować nasze rozumienie planet, powstawanie planet i pochodzenie życia.
Studiowanie egzoplanet koncentruje się również na programie Wysoki kontrast obrazowania egzoplanet i układów pozaplanetarnych, który skupi się na bezpośrednio obrazowanych planetach i dyskach z okruchami. Po raz kolejny celem jest wykorzystanie ulepszonych możliwości JWST do dostarczenia szczegółowych analiz struktury atmosfery i składu egzoplanet, a także właściwości cząstek chmur chmur dysków z resztkami.
Ale oczywiście nie wszystkie programy są poświęcone badaniu rzeczy poza naszym Układem Słonecznym, jak pokazuje program, który skupi się na Jowiszu i Układzie Jowińskim. Dodanie do badań przeprowadzonych przez Galileo i Juno podczas misji, JWST użyje swojego zestawu instrumentów do scharakteryzowania i stworzenia map warstw chmur Jowisza, wiatrów, składu, aktywności zorzy i struktury temperatur.
Ten program skupi się również na niektórych z największych księżyców Jowisza (czyli „Księżycach Galilejskich”) i strukturze pierścienia planety. Dane uzyskane przez JWST zostaną wykorzystane do sporządzenia map atmosfery Io i powierzchni wulkanicznej, niepewnej atmosfery Ganymede, zapewnienia ograniczeń termicznych i atmosferycznych tych księżyców oraz poszukiwania pióropuszy na ich powierzchniach. Jak powiedział Alvaro Giménez, dyrektor naukowy ESA:
„To ekscytujące widzieć zaangażowanie społeczności astronomicznej w projektowanie i proponowanie pierwszych programów naukowych dla Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Webb zrewolucjonizuje nasze rozumienie Wszechświata, a wyniki, które wyjdą z tych wczesnych obserwacji, wyznaczą początek ekscytującej nowej przygody w astronomii. ”
Podczas swojej misji, która potrwa co najmniej pięć lat (z wyłączeniem rozszerzeń), JWST zajmie się także wieloma innymi kluczowymi zagadnieniami współczesnej astronomii, badając Wszechświat poza granicami tego, co Hubble był w stanie zobaczyć. Będzie również opierał się na obserwacjach dokonanych przez Hubble'a, badając galaktyki, których światło zostało rozciągnięte na długości fal podczerwonych przez ekspansję przestrzeni.
Oprócz spojrzenia w przeszłość, aby przedstawić ewolucję kosmiczną, Webb zbada również supermasywne czarne dziury (SMBH), które leżą w centrach większości masywnych galaktyk - w celu uzyskania dokładnych oszacowań masy. Wreszcie Webb skupi się na narodzinach nowych gwiazd i ich planet, początkowo skupiając się na światach wielkości Jowisza, a następnie skupiając uwagę na badaniu mniejszych superziemi.
John C. Mather, starszy projektant JWST i starszy astrofizyk w NASA Goddard Space Flight Center, również wyraził entuzjazm dla wybranych programów. „Jestem podekscytowany, widząc listę najbardziej fascynujących celów astronomów dla teleskopu Webb i bardzo chętnie widzę wyniki” - powiedział. „W pełni oczekujemy, że będziemy zaskoczeni tym, co znajdziemy”.
Od lat astronomowie i badacze z niecierpliwością czekają na dzień, w którym JWST zacznie gromadzić i publikować swoje pierwsze obserwacje. Przy tak wielu możliwościach i tyle czekania na odkrycie, wdrożenie teleskopu (zaplanowane na 2019 rok) jest wydarzeniem, które nie może nadejść wkrótce!
