Mitten av vår galax är en fullsatt plats:ett svart hål som väger 4 miljoner gånger så mycket som vår sol är omgivet av miljontals stjärnor som piskar runt det i rasande hastigheter. Denna extrema miljö badar i intensivt ultraviolett ljus och röntgenstrålning. Ändå är mycket av denna verksamhet dold från vår syn, skyms av stora strängar av interstellärt damm.

NASA:s kommande James Webb rymdteleskop är designat för att se universum i infrarött ljus, som är osynligt för det mänskliga ögat, men är mycket viktig för att titta på astronomiska föremål som är dolda av damm. Efter lanseringen, Webb kommer att samla infrarött ljus som har trängt igenom den dammiga slöjan, avslöjar det galaktiska centret i oöverträffad detalj.

"Till och med en bild från Webb kommer att vara den högsta kvalitetsbilden som någonsin erhållits av det galaktiska centrumet, " sa Roeland van der Marel från Space Telescope Science Institute (STScI), huvudutredare på en planerad studie som kommer att fokusera på bildbehandling.

Teleskop på marken och i rymden har gett lockande glimtar av invånarna i det galaktiska centrumet. Astronomer har spårat stjärnor som kretsar runt det svarta hålet, av vilka några närmar sig tillräckligt nära för att ge ett test av Einsteins allmänna relativitetsteori. Dock, än så länge, endast de ljusaste stjärnorna kan upptäckas.

"Vi ser bara toppen av isberget från marken. Webb kommer att kunna studera svagare stjärnor och berätta mer om den totala stjärnpopulationen, " sa Torsten Böker från European Space Agency och STScI, en medutredare på en andra planerad studie av det galaktiska centret som kommer att fokusera på spektroskopi.

Forskare har redan blivit förvånade över att finna spädbarnsstjärnor med låg massa som bildas nära det supermassiva svarta hålet - vissa inom bara några ljusår från dess grepp. Teoretiskt sett, det svarta hålets enorma gravitation och hårda strålningsmiljö borde störa eventuella gasmoln och förhindra dem från att kollapsa till stjärnor. Ändå har dessa babystjärnor som kallas protostjärnor bestått. Webbs observationer kan avslöja ytterligare protostjärnor, och kan ge ledtrådar till hur stjärnor kan bildas på en så osannolik plats.

Mysterier med svarta hål

Vintergatans supermassiva svarta hål, känd för astronomer som Sagittarius A* (uttalas A-stjärna) kommer också att falla under Webbs blick. Den är omgiven av en skiva av gas och damm, några av dem kommer oundvikligen att falla i det svarta hålet. Astronomer har observerat ljusblossar när det svarta hålet slukade en klump av material. Dock, de har aldrig upptäckt glöden från det svarta hålets skiva.

"Att upptäcka skivan runt Sagittarius A* med Webb skulle vara en hemkörning, sa Böker.

Data från Webb kan också hjälpa till att ta itu med bredare frågor om hur galaxer bildas - som det långvariga problemet med "kyckling och ägg" som kom först, galaxen eller det svarta hålet.

"Kommer det svarta hålet först och det bildas stjärnor runt det? Samlas stjärnor och kolliderar för att bilda det svarta hålet? Det här är frågor vi vill besvara, " sa Jay Anderson från STScI, en medutredare på en av studierna.

Dessutom, studier har visat att massan av en galaxs centrala svarta hål är relaterad till den totala massan av de omgivande stjärnorna, men orsakerna till detta förhållande är fortfarande okända.

"Finns det några ledtrådar till denna masskorrelation nära det svarta hålet? Eller har den senaste stjärnbildningen utplånat tecken på vad som kan ha hänt i det förflutna?" lade till Marcia Rieke från University of Arizona, huvudutredare på Webbs NIRCam-instrument.

Serendipitous möjligheter

I sista hand, de mest spännande resultaten från Webbs observationer kan vara de oväntade. Till exempel, Webb kan hitta stjärnor i ovanliga banor. Eller, Webb kan upptäcka ett gasmoln som är avsett att slitas isär av gravitationskrafter.

"Vi skulle vilja se något ovanligt, som en stjärna som slukas upp, sa van der Marel.

Helst dessa första studier av det galaktiska centret kommer att informera framtida Webb-observationer. Genom att återbesöka det galaktiska centret under en period av flera år, astronomer kan få en ny förståelse för denna kaotiska region i rymden.

"Så många intressanta, konstiga saker händer i galaxernas centrum. Vi vill ta reda på vad som händer i vårt eget, sa Rieke.

Observationerna som beskrivs här kommer att tas som en del av Webbs program för Guaranteed Time Observation (GTO). GTO-programmet ger dedikerad tid åt forskarna som har arbetat med NASA för att skapa vetenskap och instrumentkapacitet hos Webb under hela dess utveckling.