James Webb-teleskopet levererar spektakulära bilder och insikter

I förra veckan presenterades de första fotona från James Webb-teleskopet. Bilderna representerar en ny era inom astronomi och symboliserar uppstarten för rymdforskningen med JWST (James Webb Space Telescope). JWST har förmågan att observera inte bara närliggande galaxer och exoplaneter utan även att spana långt bortom tid och rum, mot de allra äldsta objekten i universum. Populär Astronomi har pratat med Jens Melinder, forskare vid Stockholms universitet, för att reda ut vad det är vi egentligen ser på bilderna.

JWST är ett samarbete mellan NASA, ESA och Canadian Space Agency, och har lyfts som ett lysande exempel på vad mänskligheten kan uppnå om vi bara jobbar tillsammans. Projektets främsta mål är att kunna studera de första ljusa objekt som bildades efter Big Bang, då universum var blott 400 miljoner år gammalt. Teleskopet ska också studera hur galaxer, stjärnor och planeter bildas, utvecklas och dör samt kartlägga och studera fler objekt i vårt solsystem och även exoplaneter i andra solsystem.

Tillsammans med Jens Melinder, forskare och astronom vid Stockholms universitet, tar vi oss en närmare kik på de fyra bilder NASA presenterade på presskonferensen.

– Ingen av oss hade fått se bilderna innan de släpptes på presskonferensen, säger Jens Melinder. Men det var ju fantastiskt när man väl fick se dem, jag fick rysningar läggs med ryggraden. Jag hade inte förväntat mig att bilderna skulle vara så skarpa och att det skulle finnas så mycket att upptäcka i dem och så mycket att prata om.

Så vad är det vi ser på bilderna?

Carinanebulosan

Carinanebulosan sträcker sig 150 ljusår från kant till kant och ligger i stjärnbilden Kölen. Nebulosan beskrivs som ett kosmiskt landskap med höga berg och djupa dalar, överströdda med glittrande stjärnor. Den nya bilden från JWST visar enbart en liten del av nebulosans kanter, men de högsta topparna på bilden är i själva verket runt sju ljusår höga.

Carinanebulosan kan jämföras med en barnkammare för stjärnor, här föds de i interstellära moln av vätgas och plasma. När gasen är tillräckligt het bildas nya stjärnor, vilka man kan se som rödaktiga punkter i bilden. Vid tillblivandet förstör de stoftet runtomkring sig och det bildas som små håligheter, det är därför nebulosan ser så bullig och oregelbunden ut.

– Runt de nybildade stjärnorna kan man se protoplanetära skivor, det är material runt omkring stjärnan som kanske en dag kommer att bilda planeter, men just nu kan vi alltså bara se själva skivan. Det är det som ser lite guldaktigt ut i bilden, lite utsträckt och utsmetat, förklarar Jens Melinder.

Utöver detta skickar de nybildade stjärnorna ut energirik strålning, joniserat väte. Det är en reaktion som uppstår när vätet får tillbaka sina elektroner och på bilden syns denna strålning som ett turkost töcken runt hela bilden, men speciellt i överkanten.

Bonuskunskap: nebulosa är ett ålderdomligt ord som från början användes för allt som visade sig som en suddig fläck i skyn, allt som inte var stjärnor eller planeter. Idag vet vi bättre vad dessa suddiga fläckar kan vara (stoft, galaxer, stjärnhopar med mera), men de redan namngivna nebulosorna har fått behålla sitt epitet.

Stephans kvintett

Stephans kvintett är en galaxhop i stjärnbilden Pegasus. Hopen består av fem galaxer som ser ut att tvinna sig kring varandra. Det är dock egentligen bara de fyra ljusaste av dem som hänger ihop, cirka 270 miljoner ljusår bort. En dag kommer de fyra troligtvis kollidera och bilda en enda stor galax. Den lite mer blåspräckliga galaxen till vänster ligger i sin tur bara 40 miljoner ljusår bort, men från vår vinkel ser det ut som just en kvintett.

På de nya bilderna från JWST kan man se hur gasen i galaxen chockas av kollisionerna. På versionen av bilden som är tagen med MIRI-kameran i infrarött (bilden till höger ovan) kan man även tydligare se det supermassiva svarta hål som befinner sig i den översta av galaxerna på bilden och ser ut som en ljusstark stjärna.

– Detta var ju en ikonisk vy redan innan, med en väldigt bildskön galaxgrupp som dessutom är förhållandevis närbelägen oss. Det som är nytt är att vi med den infraröda MIRI-kameran kan se gasen mellan galaxerna och även observera hur det bildas chockfronter när den ena galaxen rör sig mot den andra, säger Jens Melinder.

I galaxen högst upp finns det supermassiva svarta hålet som håller på att fånga in material som i sin tur skickar ut en massa strålning när den åker in mot hålet.

– Vi visste sedan innan att där fanns ett svart hål, men vi har inte kunnat observera det särskilt noga eftersom det är stoft i vägen vilket förstör observationer som görs via synligt ljus som med Hubble-teleskopet. Men med de nya instrumenten som istället observerar i infrarött kan man se igenom stoftet, kartlägga omgivningarna och se materialet som håller på att falla in i hålet. Med JWST kommer forskarna att kunna titta närmare på uppsamling av sådan här materia, vilket kommer kunna generera en massa intressanta resultat, fortsätter Jens Melinder.

Bonuskunskap: Stephans kvintett är även med i öppningsscenen i filmen Livet är underbart från 1946. Där framstår galaxerna som rösterna för de olika änglarna som pratar med varandra om vad de ska ta sig till med den deprimerade människan George Bailey.

Södra Ringnebulosan

Södra Ringnebulosan är en planetarisk nebulosa, ungefär 2000 ljusår bort från oss. Det suddiga på bilden är glödande gas, jonifierat väte. I motsats till Carinanebulosan är detta en plats för döende stjärnor. Men stjärnan i mitten på den vänstra bilden är i hög grad levande. Det är den lilla pricken bredvid den, vilken syns i den högra bilden, som är en död stjärna, en vit dvärg. Den var en gång i tiden ungefär lika stor som vår egen sol, men svällde i slutfasen av sitt liv upp till en röd jätte och förbrände allt sitt helium och kastade ut de gaser en stjärna består av runt omkring sig. Även den levande, ljusstarka stjärnan har slungat ut material och bidragit till gaserna i nebulosan.

– Det är först nu, när vi med infraröd kameran kan se igenom stoftet, som vi tydligt kan se den döda stjärnan bredvid den levande. De interagerar med varandra, byter material sinsemellan och påverkar på så vis utseendet på nebulosan, förklarar Jens Melinder.

Gasen är intressant att studera eftersom den kan ge svar på hur stjärnor blir till, hur deras livstid ser ut och vad som händer när de sedan dör. Gaserna ger också upphov till andra tyngre element, såsom kol och syre, vilka är viktiga för att det ens ska kunna uppstå några komplexare livsformer – som vi själva.

Bonuskunskap: Södra Ringnebulosan är cirka 2 ljusår i diameter och blir varje sekund 2-3 mil större då gasen expanderar.

SMACS 0723

SMACS 0723 är en galaxhop som ligger 4,6 miljarder ljusår bort. Galaxerna utgörs i bilden av lite gulaktiga, ibland blåaktiga, fläckar. Stjärnan i mitten av bilden är däremot en stjärna i vår egen galax, mindre än vår egen sol, men som framstår som mycket större och ljusstarkare än vad den egentligen är eftersom den är närmare oss i bild.

Bilden har blivit omtalad som en bild av hur universum såg ut för 13 miljarder år sedan, precis när det var nyfött om man utgår ifrån den gängse uppfattningen att Big Bang skedde för 13,8 miljarder år sedan. Men allt på den här bilden är inte 13 miljarder år gammalt.

– På den här bilden ser vi ju allt som står mellan oss och 13 miljarder år tillbaka i tiden. Galaxhopen SMACS 0723 är ju ”bara” 4,6 miljarder ljusår bort, men vissa av de böjda stråken är däremot galaxer som började sända ut sitt ljus för så länge sedan som 13 miljarder år sedan, säger Jens Melinder.

Dessa urgamla galaxer syns med något mer orange ton, som förvridna bågfragment i bilden, där de sträcker sig som ett slags cirkelformat mönster runt galaxhopen SMACS 0723. Förvridningen beror på att ljuset från dessa extremt avlägsna galaxer böjs runt gravitationen från galaxhopen när ljuset passerar denna. Genom att utnyttja denna så kallade gravitationella lins framstår de avlägsnaste galaxerna som större och mer ljusstarka än vad de egentligen är.

– Och detta är bara början. Framöver kommer vi kunna rikta kameran mot en utvald fläck i över 100 timmar och då kommer vi verkligen kunna se saker som ligger långt bort, säger Jens Melinder.

Bonuskunskap: Allt du ser på denna bild ryms inom det område som ett sandkorn tar upp framför ditt synfält om du skulle hålla upp det mot himlen på en armlängds avstånd.

På spaning efter universums allra äldsta galaxer

Hela vägen tillbaka till Big Bang kommer det däremot inte gå att se, eftersom det då inte fanns något objekt som kunde sända ut ljus. Det finns dock en gräns, vid ungefär ynka 380 000 år efter Big Bang, som kallas rekombination. Fram till denna tidpunkt hade universum så hög temperatur att det var fyllt av ett plasma av baryoner (främst protoner och neutroner), elektroner och fotoner. I en sådan miljö kan inget ljus ta sig fram. Men vid tidpunkten för rekombinationen hade temperaturen sjunkit tillräckligt för att protonerna och elektronerna kunde börja slå sig samman och bilda väteatomer och det är från denna tid som den kosmiska bakgrundsstrålningen härstammar ifrån.

– Men det är just enbart denna bakgrundsstrålning vi kan se, alltså hur energifördelningen såg ut vid den här tiden. Så vi når inte riktigt hela vägen till Big Bang, säger Jens Melinder.

Däremot skulle det vara möjligt att med JWST se de allra första galaxerna och få reda på hur och när dessa bildades. Jens Melinder är inblandad i flera forskningsprojekt som på olika vis kommer att använda sig av data från JWST. Ett av dessa forskningsprojekt handlar om att rikta MIRI-kameran som mot riktigt avlägsna galaxer och observera dessa i infrarött. Just infrarött passar utmärkt för denna typ av avlägsna observationer eftersom ljusets våglängd förskjuts (rödförskjutning) på grund av universums ständiga expansion. Det gör att ljuset från de mest avlägsna objekten har dragits ut så pass mycket att det bäst observeras i just infrarött, något som inte kunnat göras tidigare med exempelvis Hubble.

–Vi kommer rikta JWST mot ett utvalt område som kallas Hubble Ultra-Deep Field (HUDF). Det är ett bra område eftersom det inte ligger en massa objekt i vägen mellan området och oss. Vi räknar med att få in vår data i slutet av året och det ska bli superspännande att se! säger Jens Melinder.

Området har redan observerats tidigare med hjälp av Hubble, men med nya data i infrarött från JWST hoppas forskarna kunna förstå hur och när de tidigaste galaxerna bildades, deras massa, stoftinnehåll och hur de roterar. På så vis hoppas man kunna förklara närmare hur vår egen galax Vintergatan kan ha uppstått och utvecklats en gång i tiden.

– För att förstå galaxers liv behöver man titta just på det mer avlägsna. På 10 miljarder år hinner det ju hända en del med galaxen, men kanske inte så mycket på bara en miljard år. Så vi måste titta långt tillbaka i tiden, förklarar Jens Melinder.

Framtidens förhoppningar för JWST

De fyra bilderna NASA nu släppt har fått ett enormt genomslag, inte bara i forskarvärlden utan även hos allmänheten i stort.

– Jag tror att de har tänkt på det, att bilderna måste få ett genomslag inte bara vetenskapligt utan även som vackra objekt. Men jag tror också de valde ut just dessa fyra eftersom de visar en bra bredd på vad JWST kan göra samt att just dessa objekt inte tar alltför lång tid att få fram, säger Jens Melinder.

Något som däremot saknas just nu är bilder ifrån vårt eget solsystem, men även hit kommer JWST att rikta sig. Vid tiden för den aktuella bildupptagningen stod dock inte planeterna i någon lämplig position. Observationerna som JWST ska göra måste därför planeras väldigt noga eftersom teleskopet har en viss konfiguration och måste skyddas från solen, men tids nog bör även skarpa bilder från vårt eget solsystem att dyka upp. Klart står i alla fall att förhoppningarna på JWST är skyhöga.

– Tänk om vi hade kunnat få se den första generationen galaxer som bildades i universum, se de första stjärnorna och hur allting började bildas. Var stjärnorna då annorlunda än de vi ser idag och hur snabbt började det bildas tyngre grundämnen? Det är ju en process som sker inuti stjärnor och supernovor och det hade varit jätteintressant att veta när exakt det skedde, säger Jens Melinder.

Den absolut största upptäckten skulle utan tvekan vara den om liv i universum och det finns förhoppningar att man med JWST ska kunna observera atmosfären så pass bra på olika exoplaneter, att man i atmosfären skulle kunna se tecken på just liv.

– Det hade väl varit den största upptäckten vi kan tänka oss, både vetenskapligt och filosofiskt, men vad jag har förstått så kan detta bli väldigt svårt. Forskarna vågar inte med säkerhet säga än att detta går att göra, men framtiden får utvisa, avslutar Jens Melinder.

Källa: NASA Reveals Webb Telescope’s First Images of Unseen Universe