Prima immagine scattata dal James Webb Space Telescope
Prima immagine scattata dal James Webb Space Telescope, "l'immagine a infrarossi più profonda e nitida dell'universo primordiale mai scattata". NASA, ESA, CSA e STScI
  • Categoria dell'articolo:Scienza
  • Ultima modifica dell'articolo:20 Settembre 2022

La società si chiede forse perché valga la pena spendere 100 miliardi di euro per un telescopio 50 volte più costoso del suo predecessore, Hubble. Le sue prime fotografie hanno la risposta.

La spia emersa dal freddo

Fare argomentazioni convincenti per l’utilità della scienza è uno spettacolo di giocoleria, e un piccolo errore farebbe cadere le mie palline sul pavimento. Forse oso diventare vendicativo di fronte all’ebbrezza dello spettacolo che il JWST promette di offrire.

Ma per ora basta un argomento puramente scientifico per poter valutare il valore che avranno le sue impressionanti immagini.

Mettere un telescopio nello spazio è molto costoso, ovviamente. Ma perché finora? Semplicemente perché permette di ottimizzarne il funzionamento nella gamma della radiazione infrarossa. Con questo, il telescopio James Webb completa il lavoro del telescopio Hubble, un veterano che studia il visibile e l’ultravioletto.

I segnali astronomici che ci giungono dallo spazio sono merce scarsa. E quindi è conveniente sbarazzarsi dei concorrenti. Le molecole d’acqua nell’atmosfera sono molto avide di onde infrarosse. D’altra parte, nella profondità e nel freddo dello spazio, i rilevatori si liberano di quel fastidio. E lo stesso accade con il riscaldamento indesiderato causato dalle parti dello strumento stesso. Ciò si ottiene con un dispositivo complicato chiamato raffreddatore acustico.

Quel perno del JWST utilizza l’effetto Joule-Thomson, in cui un gas si raffredda quando la pressione su di esso diminuisce. Questi due pionieri non sapevano fino a che punto sarebbe arrivato il loro entusiasmo per la fisica di base. Questo ci dà l’idea che è possibile che molti progressi portati dalla ricerca più fondamentale raggiungano anche i confini della conoscenza e dell’universo stesso.

La tecnologia sviluppata per James Webb ha già raggiunto gli ospedali

Finora la sfida di evitare assorbimenti indesiderati per ottenere segnali più precisi e potenti. In realtà, questo è solo un piccolo aspetto dell’enorme grado di complessità delle sfide che il JWST deve affrontare. E solo tenendo conto di ciò saremo in grado di valutare l’avanguardia della scienza e della tecnologia che implica il suo sviluppo e sfruttamento. Basti pensare che una tecnologia progettata per calibrare i vostri specchi è stata trasferita con successo alla chirurgia laser oftalmica. E ci sono già decine di migliaia di pazienti la cui cornea è stata operata grazie a questo progresso trasformativo.

Ma basta con gli opuscoli! Faremo meglio poesia.

Scienze di base nello spazio profondo

Rubando il concetto da Il Piccolo Principe, il James Webb Telescope è il nuovo cuore di quella cosa vivente che chiamiamo astronomia. Questo nuovo strumento ci permetterà di vedere ciò che è essenziale, ciò che è invisibile agli occhi, l’universo nell’infrarosso. Rilevare e comprendere le onde in questa regione dell’universo fa parte della storia intrecciata dell’astronomia e della tecnologia. Non a caso, furono predetti da Emile du Châtelet, il più illustre pioniere delle donne nella fisica. Né sono stati scoperti da uno degli astronomi più illustri della storia, William Herschel. E in suo onore è stato nominato un telescopio che ha sistemi di raffreddamento più rudimentali di James Webb.

Inoltre, non sorprende che il precursore dei termometri a infrarossi resi di moda dalla pandemia sia stato inventato per l’uso in astronomia. Questo dispositivo, chiamato tasimetro, è stato creato da Thomas Edison per rilevare i cambiamenti di temperatura nella corona solare amplificata durante un’eclissi.

Il telescopio James Webb prende il posto di tutta quella scienza discreta e testarda. E promette di svelare alcuni preziosi segreti dell’universo grazie alla sua squisita profondità di campo.

James Webb ha scattato immagini con una “lente d’ingrandimento” cosmica

Possiamo pensare a James Webb come a un secchio capace di raccogliere luce. E raccoglie molta più luce di qualsiasi telescopio spaziale fino ad oggi. È, per così dire, un occhio con una pupilla più grande, solo che non è un buco, ma un incontro di specchi. Così, secondo la NASA, è stato in grado di ottenere immagini spettacolari prodotte dal sistema di lenti gravitazionali SMACS 0723. Questo insieme di enormi ammassi di galassie sfrutta la curvatura dello spazio-tempo ingrandendo la luce di galassie lontane e deboli dietro di esso. Grazie a questo, speriamo che ci dia lo sguardo più profondo sull’universo mai creato.

SMACS 0723 è un ammasso di enormi galassie che ingrandiscono la luce in primo piano e la distorcono per gli oggetti dietro di loro
SMACS 0723 è un ammasso di enormi galassie che ingrandiscono la luce in primo piano e la distorcono per gli oggetti dietro di loro, il che consentirà viste in campo profondo di galassie estremamente distanti e deboli. Domani vedremo cosa ha visto James Webb in questa favolosa regione dello spazio. POT

La materia di cui sono fatte le stelle

Ma torniamo alle sue capacità nella gamma degli infrarossi. Questo particolare telescopio indagherà le regioni dell’universo ricche di polvere cosmica, un composto di particelle di dimensioni inferiori a 100 micron. Questo è proprio dell’ordine della lunghezza d’onda della radiazione infrarossa, e quindi può facilmente passare attraverso le nubi di polvere cosmica. È interessante notare che questa materia prima è la sostanza che dà origine alle stelle. Cioè, è significativamente abbondante nelle regioni in cui si formano le stelle. In termini di calcio, sono qualcosa come la Fattoria dell’Universo. Infatti le stelle embrionali rimangono per un certo tempo all’interno di una crisalide di polvere.

Tuttavia, nell’universo troviamo nubi di polvere cosmica di dimensioni molto diverse. Ad esempio, le nebulose planetarie sono piccole e spesso circondano stelle morenti. È il caso della nebulosa “Eight bursts”, protagonista anche della prima raccolta di immagini che vedremo attraverso gli occhi di James Webb. La sua interpretazione dovrebbe portare a una migliore comprensione dell’evoluzione stellare.

Eight Burst Nebula, chiamata anche l'Anello del Sud. Domani vedremo come l'ha osservato James Webb.
Eight Burst Nebula, chiamata anche l’Anello del Sud. Domani vedremo come l’ha osservato James Webb. Hubble Heritage Team/STScI/AURA/NASA/ESA

E in futuro?

Abbiamo accennato alle offerte alla scienza che questo telescopio unico farà, ma molto di più attende. Ad esempio, si ritiene che sarà un attore chiave nell’adeguamento dell’attuale tasso di espansione dell’universo. Nello specifico, consentirà di rendere più precise le misure di distanza necessarie utilizzando stelle giganti rosse. Una delle chiavi è che l’incertezza nella fisica di questi arbitri tra misurazioni locali e lontane del valore della costante di Hubble è minore nell’infrarosso. Questo perché l’emissione in questo intervallo non dipende tanto dalla sua età o dalla sua composizione metallica.

Così tante promesse ci fanno sentire che dovremo trovare un vaccino per la sindrome di Stendhal che ogni raccolta di immagini del telescopio James Webb ci causerà. E forse ciò a cui noi come comunità possiamo aspirare è che questo sostenga vocazioni che possono trarre pieno vantaggio da tanta conoscenza.