Prosto z kosmosu podejrzymy początki wszechświata

25 grudnia wystartował w kosmos Kosmiczny Teleskopu Jamesa Webba (James Webb Space Telescope, JWST), opracowywanego od ponad ćwierćwiecza następcy teleskopu Hubble’a, który ma otworzyć przed naukowcami nieznane dotąd zakamarki wszechświata. Kosztujący ponad 10 mld dolarów projekt napotkał na swojej drodze wielkie przeszkody i wieloletnie opóźnienia, lecz jest czymś, na co czekało całe pokolenie naukowców.

Złoto, beryl, podczerwień

Skąd ekscytacja naukowców? Jak tłumaczy Scott Friedman, pozwoli on na znacznie dalsze i dokładniejsze zbadanie Wszechświata niż funkcjonujący od ponad 30 lat teleskop Hubble’a. To zasługa m.in. mierzącego 6,5 metrów głównego lustra złożonego z pokrytych złotem berylowych sześciokątnych paneli oraz zdolności do obserwacji w podczerwieni.

– Hubble ukazał nam nowe rzeczy na temat naszego wszechświata, pozwolił nam zmierzyć je znacznie dokładniej, ale też odkrył rzeczy, których nikt się nie spodziewał, takie jak pomiary atmosfery innych planet orbitujących wokół odległych gwiazd, właściwości ciemnej energii, o których nie mieliśmy pojęcia. Jeśli chodzi o JWST, w pełni spodziewamy się, że zobaczymy dzięki niemu rzeczy, o których nikt wcześniej nawet nie myślał – mówi Friedman.

Jak dodaje, dzięki obserwacji w podczerwieni, teleskop Webba będzie w stanie spojrzeć znacznie dalej w głąb początków wszechświata i jednych z pierwszych gwiazd i galaktyk, w momencie, kiedy wciąż się tworzyły, około 200 mln lat po Wielkim Wybuchu. Pozwoli to w lepszy sposób zrozumieć ewolucję wszechświata, a także m.in. proces tworzenia się gwiazd.

Czy jest gdzieś życie?

Ale to tylko jedna z rzeczy, która ekscytuje naukowców. Inna to możliwość dokładniejszego zbadania atmosfer egzoplanet, czyli planet poza Układem Słonecznym – przede wszystkim pod kątem potencjału do istnienia tam życia.

– Nigdy nie zobaczymy obcych bezpośrednio, ale będziemy mogli np. stwierdzić z dużą pewnością, że dana planeta ma skrajnie korzystne warunki dla życia. Teleskop Webba stwarza tu duże możliwości do takich odkryć – mówi Rutkowski. – Na przykład mając do czynienia ze skalistą planetą, która ma w atmosferze tlen i ozon, będziemy mogli sprawdzić, czy poziom tych gazów się zmienia. Ozon szybko się rozkłada w bliskości gorących gwiazd, więc jeśli jego poziom się odnawia, to skąd to się bierze? Potencjalnie z życia w oceanach, z planktonu lub innych stworzeń. To jest przykład tego, co będziemy mogli zrobić – opisuje.

Niewidzialne będzie widoczne

Teleskop pozwoli też m.in. lepiej zrozumieć jedne z najbardziej zagadkowych koncepcji w nauce, m.in. charakter tzw. ciemnej materii – hipotetycznej, „niewidzialnej” materii, która stanowi większość masy wszechświata, a także ciemnej energii, która według naukowców odpowiada za przyspieszające tempo rozszerzania się wszechświata. Jak notuje Rutkowski, możliwe będzie również m.in. wydedukowanie geometrycznego kształtu wszechświata.

Jak mówi Friedman, popyt wśród naukowców na użycie teleskopu do prowadzenia własnych obserwacji jest olbrzymi i czterokrotnie przewyższa czas dostępny na badania. Ten wynosi 5 lat – na tyle bowiem gwarantowane jest działanie teleskopu, m.in. ze względu na ograniczony zapas paliwa. Niewykluczone, że będzie on mógł funkcjonować dłużej; teleskop Hubble’a miał pierwotnie służyć tylko przez 15 lat, a funkcjonuje już dwukrotnie dłużej. Ale w przeciwieństwie do znajdującego się na bliskiej orbicie Hubble’a, Webb będzie znajdować się w tzw. punkcie libracyjnym L2, ponad 1,5 mln kilometrów od Ziemi, co wyklucza bieżące naprawy.

– W tej chwili trwają prace nad harmonogramem tych badań. Nie chcemy zmarnować ani sekundy – podkreśla Friedman.

Wysysanie gazu

Zarówno Friedman, jak i dr Michael Rutkowski, astrofizyk z Uniwersytetu Stanowego Minnesoty będą jednymi z pierwszych, którzy skorzystają z obserwacji dokonywanych przez nowy teleskop – to dzięki temu, że ok. połowa czasu w pierwszym roku badań zarezerwowana jest dla zespołów naukowców, którzy przyczynili się do powstania teleskopu i jego instrumentów. Friedman zamierza poświęcić swój czas na zbadanie jednej z galaktyk – nazwanej ESO-137 – która jest „wciągana” przez gromadę innych galaktyk, które w procesie „wysysają” z niej gaz. Zespół Rutkowskiego chce przyjrzeć się charakterystyce gwiezdnego pyłu we wczesnych galaktykach i jego wpływowi na obecne w całym wszechświecie zjawisko jonizacji atomów.

– Korzystanie z danych z tego teleskopu będzie jak picie z hydrantu. Zostaniemy wręcz zalani i przytłoczeni danymi i obrazami. Już teraz wiem, że prawdopodobnie przez całą resztę mojej kariery będę korzystał z informacji zdobytych przez Webba – mówi Rutkowski.

Nad wszystkimi tymi planami ciąży jednak wielki znak zapytania: czy teleskop uda się prawidłowo umieścić na swoim miejscu, czy uda się rozłożyć lustro i wszystkie jego mechanizmy. Według NASA, misja jest najbardziej skomplikowaną technicznie operacją w historii, mającą ponad 300 elementów, których usterka może pogrzebać powodzenie całej misji.

Jak mówi Friedman, o tym, czy misja zakończy się sukcesem zdecydują przede wszystkim pierwsze dwa tygodnie, podczas których teleskop – złożony podczas startu, by mógł zmieścić się do rakiety Ariane 5 – rozłoży wszystkie swoje komponenty. Ale nawet przy pełnym sukcesie potrzebne będzie aż 6 miesięcy, by teleskop mógł zacząć w pełni działać.

– Pracowałem nad tym teleskopem przez 17 lat i włożyłem dosłownie lata pracy, by przygotować cały ten plan rozruchu w najdrobniejszych szczegółach. Wiemy, że nie wszystko pójdzie, jak ma pójść, nie wiemy, jakie zastaniemy problemy. Ale mamy dobry plan, każdy element przeszedł lata testów, więc wierzymy, że to się powiedzie – mówi Friedman.