Dal suo lancio il giorno di Natale, gli astronomi hanno seguito con impazienza il complesso dispiegamento e spiegamento del telescopio spaziale James Webb della NASA, il più grande che abbia mai preso il volo.
Proprio nel periodo in cui questo articolo viene pubblicato, si prevede che Webb avrà raggiunto un luogo chiamato Terra-Sole “secondo punto di Lagrange” o “L2“. Questo è un punto nello spazio a circa 1,5 milioni di chilometri dalla Terra (nella direzione opposta al Sole) dove la gravità sia del Sole che della Terra aiuta a mantenere in equilibrio un satellite in orbita in movimento.
Ora la comunità astronomica, si sta preparando per una nuova epoca di grandi scoperte.
30 anni e 10 miliardi di dollari
La data di lancio pianificata di Webb era nel 2018. E quando il progetto è stato originariamente concepito negli anni ’90, l’obiettivo era di lanciarlo prima del 2010. Perché ci sono voluti quasi 30 anni e più di 10 miliardi di dollari, per far decollare Webb?
Innanzitutto, è il più grande telescopio mai messo nello spazio, con uno specchio rivestito d’oro di 6,5 m di diametro (rispetto allo specchio di Hubble da 2,4 m). Con le dimensioni arriva la complessità, poiché l’intera struttura doveva essere piegata per adattarsi all’interno del cono di un razzo Ariane.
In secondo luogo, c’erano due grandi meraviglie ingegneristiche da realizzare con Webb. Affinché un grande telescopio produca le immagini più nitide possibili, la superficie dello specchio deve essere allineata lungo una curva con estrema precisione. Per Webb questo significa dispiegare e posizionare i 18 segmenti esagonali dello specchio primario, più uno specchio secondario, con una precisione di 25 miliardesimi di metro.
Inoltre, Webb osserverà la luce infrarossa, quindi deve essere mantenuto incredibilmente freddo a (circa -233 ℃) per massimizzare la sua sensibilità. Ciò significa che deve essere tenuto lontano dalla Terra, che è una fonte di calore e luce. Deve anche essere completamente protetto dal sole, risultato ottenuto da un parasole riflettente multistrato di 20 metri.
Tutti i principali dispiegamenti di veicoli spaziali di Webb, compreso lo spiegamento dello specchio primario e del parasole, sono stati completati l’8 gennaio. L’intero processo ha comportato più di 300 singoli punti di guasto (meccanismi che hanno avuto solo una possibilità per funzionare). I restanti piccoli movimenti avverranno nei prossimi mesi.
La missione principale
La missione principale di Webb sarà quella di assistere alla nascita delle prime stelle e galassie nell’Universo primordiale. Mentre la luce di queste debolissime galassie viaggia attraverso il vasto abisso dello spazio e 13,8 miliardi di anni di tempo, viene allungata dall’espansione complessiva dell’Universo in un processo che chiamiamo “trasferimento verso il rosso cosmologico“.
Questo significa che quella che era iniziata come una radiazione ultravioletta estremamente energetica proveniente da stelle giovani, calde e massicce sarà ricevuta da Webb come luce infrarossa. Ecco perché i suoi specchi sono rivestiti in oro: rispetto all’argento o all’alluminio, l’oro è un migliore riflettore della luce infrarossa e della luce rossa.
Webb vedrà molto più lontano nell’infrarosso di quanto potrebbe fare Hubble. È anche un milione di volte più sensibile dei telescopi terrestri, dove la luce proveniente da galassie lontane viene soffocata dall’emissione infrarossa della calda atmosfera terrestre.
A causa di questi precedenti limiti tecnologici, il primo miliardo di anni di storia cosmica è stato appena esplorato. Non sappiamo quando o come si siano formate le prime stelle. Questa è una domanda complessa poiché le stelle producono elementi pesanti quando muoiono. Questi elementi inquinano il gas interstellare nelle galassie e cambiano il modo in cui questo gas si comporta e collassa per formare le generazioni successive di stelle.
Tutta la formazione stellare attuale che possiamo osservare, come nella Via Lattea, proviene da gas interstellare arricchito. Non abbiamo ancora visto come si formano le stelle nel gas incontaminato, che è privo di elementi pesanti, poiché uno stato del genere non esiste da più di 13 miliardi di anni.
Ma pensiamo che la formazione da gas incontaminato abbia probabilmente avuto un grande effetto sulle proprietà delle prime popolazioni stellari.
Un osservatorio dello spazio profondo
Oltre a studiare l’Universo primordiale, Webb sarà un “Grande Osservatorio” della NASA e sosterrà una varietà di altri progetti.
Permetterà agli scienziati di scrutare le regioni oscurate dalla polvere, come i centri delle galassie dove si nascondono buchi neri supermassicci, o le regioni di intensa formazione stellare nella nostra galassia e nelle altre. Webb sarà anche sensibile agli oggetti più freddi, comprese le stelle di massa molto bassa e ai pianeti in orbita attorno ad altre stelle all’interno della Via Lattea.
Un grande miglioramento rispetto a Hubble è che Webb sarà ben attrezzato per la spettroscopia, sezionando la luce nelle lunghezze d’onda dei suoi componenti. Questo ci permetterà di misurare con precisione lo spostamento verso il rosso cosmico delle galassie e di capire di quali elementi sono fatte.
Più vicino a noi, Webb ci aiuterà a trovare molecole come acqua, ammoniaca, anidride carbonica (e molte altre) all’interno del sistema solare, della Via Lattea e delle galassie vicine. Potrà vederli nelle atmosfere dei pianeti attorno alle stelle vicine, il che è particolarmente eccitante per la ricerca della vita extraterrestre.
Gli astronomi attendono con trepidazione la raccolta dei primi dati nei prossimi mesi. Mentre i movimenti meccanici più drammatici e rischiosi sono stati completati, il telescopio continua a muoversi e i segmenti dello specchio stanno facendo piccoli movimenti di dimensioni nanometriche per metterlo a fuoco. Ci vorranno molte settimane prima che il telescopio si raffreddi alla sua temperatura di esercizio.
Con Webb osserveremo un’era cosmica precedentemente oscura, in cui le condizioni fisiche erano molto diverse da quelle dell’Universo moderno.
La storia dell’astronomia suggerisce che possiamo aspettarci scoperte che cambiano paradigma.
Autore
Karl Glazebrook, Università di tecnologia di Swinburne
