Den här bilden från NASA:s rymdteleskop Hubble visar hjärtat av den klotformade stjärnhopen Messier 92 (M92), en av de äldsta och ljusaste i Vintergatan. Klustret rymmer ungefär 330, 000 stjärnor tätt tillsammans, och de kretsar runt galaxens centrum i massor. NASA:s rymdteleskop James Webb kommer att observera M92, eller en liknande klothop, tidigt i sitt uppdrag att visa sin förmåga att särskilja ljuset från sina individuella stjärnor i en tätt packad miljö. Webbs höga upplösning och känslighet kommer att ge forskarna en mängd detaljerade stjärndata som är relevanta för många områden inom astronomi, inklusive stjärnlivscykeln och universums utveckling. Kredit:NASA/ESA; Erkännande:Gilles Chapdelaine
Kombinationen av högupplösta och infraröda detekterande instrument på NASA:s kommande rymdteleskop James Webb kommer att avslöja stjärnor som för närvarande är dolda även från det kraftfulla rymdteleskopet Hubble. Den rikedom av ytterligare stjärndata kommer att göra det möjligt för astronomer att undersöka en rad frågor, från stjärnfödelse till stjärndöd till universums svårfångade expansionshastighet. Tidiga observationer med Webb kommer att visa dess förmåga att särskilja det individuella ljuset från stjärnor i lokaluniversum i en rad miljöer och ge astronomer verktyg för att få ut det mesta av Webbs kraftfulla kapacitet.
"NASA:s rymdteleskop Hubble och Spitzer har varit transformativa, öppna dörren till det infraröda universum, bortom riket av rött synligt ljus. Webb är en naturlig utveckling av dessa uppdrag, kombinerar Spitzers syn på det infraröda universum med Hubbles känslighet och upplösning, säger Daniel Weisz från University of California, Berkeley, huvudutredaren på Webbs ERS-program (Early Release Science) om upplösta populationer av stjärnor.
Webbs förmåga att lösa upp enskilda stjärnor som är höljda bakom gas och damm i synligt ljus kommer att kunna tillämpas på många områden av astronomisk forskning. Målen med detta ERS-program är att demonstrera Webbs förmågor i det lokala universum och skapa gratis, dataanalysprogram med öppen källkod för astronomer för att göra det bästa av observatoriet så snabbt som möjligt. Data från ERS-programmen kommer att vara tillgängliga för andra astronomer omedelbart, och arkiveras för framtida forskning via Barbara A. Mikulski Archive for Space Telescopes (MAST).
Insikt i mörk energi
Webbs förmåga att plocka ut detaljer för fler individuella stjärnor än vi har sett tidigare kommer att förbättra avståndsmätningarna till närliggande galaxer, som Weisz säger kommer att vara avgörande för ett av de största mysterierna inom modern astronomi:Hur snabbt expanderar universum? Ett fenomen som kallas mörk energi verkar driva på denna expansion. Olika metoder för att beräkna expansionshastigheten har resulterat i olika svar, avvikelser astronomer hoppas att Webbs data kan hjälpa till att förena.
"För att göra någon av denna vetenskap, beräkna avstånd och sedan universums expansionshastighet, vi måste kunna extrahera ljuset från enskilda stjärnor från Webb-bilder, " säger Weisz. "Vårt ERS-programteam kommer att utveckla mjukvara som gör det möjligt för samhället att göra den typen av mätningar."
Stjärnlivscykeln
Att se fler stjärnor kommer att innebära mer insikt i deras livscykel. Webb kommer att ge nya vyer av alla stadier i en stjärnas liv, från bildning till död.
NASA:s rymdteleskop James Webb är designat för att observera infrarött ljus - våglängder av ljus som är bortom regnbågen som är synlig för mänskliga ögon. Det infraröda ljusets längre våglängder ger information som andra våglängder inte kan, inklusive stjärnbildning och andra processer som äger rum bakom tjocka slöjor av damm, som blockerar de kortare våglängderna av synligt ljus. Webb kommer att upptäcka en rad infrarött ljus som överlappar de som observerats av andra NASA-uppdrag, men kommer också att täcka en betydande del av det infraröda spektrumet som de inte gör. Den här infografiken belyser Webbs överlappande och kompletterande spektrumtäckning med två NASA-uppdrag:rymdteleskopet Hubble och rymdteleskopet Spitzer. Webb har en kombination av Hubbles bildkraft och känslighet med Spitzers infraröda täckning, och går utöver båda för att tillhandahålla en mängd nya infraröda data om universum som är dold bortom synligt rött ljus. Kredit:NASA och J. Olmstead (STScI)
"Just nu är vi i praktiken begränsade till att studera stjärnbildning i vår egen Vintergatans galax, men med Webbs infraröda kapacitet kan vi se genom de dammiga kokongerna som skyddar och bildar protostjärnor i andra galaxer – som Andromeda, som är mer metallrik — och se hur stjärnor bildas i en helt annan miljö, säger Weisz.
Astronom Martha Boyer, även i detta observationsprogramteam, är intresserad av de insikter som Webb kommer att ge mot slutet av stjärnlivscykeln, när stjärnor blir uppsvällda, röd, och dammiga.
"NASA:s Spitzer Space Telescope visade oss att dammiga, utvecklade stjärnor finns även i mycket primitiva galaxer där de inte förväntades, och nu med Webb kommer vi att kunna karakterisera dem och lära oss hur våra modeller av stjärnans livscykel stämmer överens med verkliga observationer, säger Boyer, en instrumentforskare på Webbs team för Near Infrared Camera (NIRCam) vid Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland.
Det tidiga universum via det lokala grannskapet
Att lösa upp och studera enskilda stjärnor är nödvändigt för att förstå den större bilden av hur galaxer bildades och fungerar. Astronomer kan då ställa ännu större frågor om hur galaxer har utvecklats över tid och rymd, från fjärran, tidiga universum till den lokala gruppen – en samling av mer än 20 närliggande galaxer som vår galax tillhör. Weisz förklarar att även om detta observationsprogram kommer att leta lokalt, det finns bevis på att det tidiga universum ska upptäckas.
"Vi kommer att låta Webb studera en närliggande, ultrasvag dvärggalax, en rest av de första frögalaxerna som bildades i universum, av vilka några så småningom slogs samman för att bilda större galaxer som Vintergatan, " säger Weisz. "På stora avstånd är dessa typer av galaxer för svaga för att ens Webb ska kunna se direkt, men liten, lokala dvärggalaxer kommer att visa oss hur de såg ut för miljarder år sedan."
"Vi behöver verkligen förstå lokaluniversumet för att förstå hela universum, " säger Boyer. "Den lokala gruppen av galaxer är ett slags laboratorium, där vi kan studera galaxer i detalj — varje enskild komponent. I avlägsna galaxer kan vi inte lösa många detaljer, så vi vet inte exakt vad som händer. Ett stort steg mot att förstå avlägsna eller tidiga galaxer är att studera denna samling av galaxer som finns inom vår räckhåll."
Allt eftersom Webb-uppdraget fortskrider, Boyer och Weisz förväntar sig att astronomer kommer att använda verktygen som deras team utvecklar på oväntade sätt. De betonar att utvecklingen av programmet var en ansträngning från hela det lokala universums astronomigemenskap, och de planerar att fortsätta det samarbetet när data kommer in. Deras observationsprogramteam planerar att vara värd för en workshop för att gå igenom resultaten av programmet med andra astronomer och justera programvaran de har utvecklat, allt med målet att hjälpa medlemmar av astronomisamhället att ansöka om tid för att använda Webb för sin forskning.
"Jag tror att det är väldigt viktigt - idén att arbeta tillsammans för att uppnå stor vetenskap, i motsats till att många av oss försöker tävla, säger Weisz.
