James Webb kåret som årets videnskabelige gennembrud: Derfor er det vildere end Hubble

Vi er nu godt fem måneder inde i James Webbs operationelle karriere, og det går strygende for det formidable rumteleskop.

Den har vist os de ældste galakser nogensinde, analyseret atmosfærer på fjerne exoplaneter og løftet sløret for at se bag velkendte stjernetåger.

Teleskopets eksplosive entré på den astronomiske scene er da ikke gået ubemærket hen, hverken blandt offentligheden eller i forskningsverdenen.

Mediet og tidsskriftet Science har netop kåret James Webb Space Telescope (JWST) som 'Breakthrough of the Year' på baggrund af den store teknologiske formåen og den indsigt, som det allerede har givet os:

»Modsat sin forgænger, Hubble Space Telescope, kan JWST fange infrarødt lys, inklusive lys fra de allerførste stjerner og galakser, der opstod,« skriver Science i en pressemeddelelse.

»Allerede få dage efter, at den blev aktiveret i juli 2022, begyndte forskere at opdage tusindvis af nye galakser, fjernere og ældre end nogen andre, der er blevet dokumenteret.«

Dansk astrofysiker: Velfortjent

Kåringen er velfortjent, mener astrofysiker Peter Laursen, forsker og vidensformidler på The Cosmic Dawn Center ved Niels Bohr Institutet i København.

»Min første tanke var, at jeg ville have været skuffet, hvis ikke det var James Webb. Det er en milepæl i astronomi,« fortæller han til Videnskab.dk.

Han bemærker, at kåringen selvfølgelig kunne være gået til andre store og måske mere direkte gavnlige videnskabelige gennembrud i 2022 - heriblandt en lovende malaria-vaccine eller sågar NASA's DART-mission, som skal beskytte os mod asteroider eller kometer, der har kurs mod Jorden - men at astronomi stadig er et værdigt formål.

»Det er svært at sammenligne. Astronomi hjælper ikke direkte menneskeheden, men jeg mener, at vi ville være en fattig civilisation, hvis ikke vi interesserede os for, hvad der var udenfor vores egen jordklode.«

Så hvilken bedre anledning end kåringen er der til at se på, hvordan James Webb rent faktisk skiller sig ud fra sin forgænger?

Efterløser til Hubble - og alligevel ikke

Da James Webbs operationelle karriere blev sparket i gang, var det med en håndfuld spektakulære billeder fra nær og fjern i kosmos.

Men det var alle motiver, vi har set før, og som mange nok genkender. Primært fra det ældre rumteleskop Hubble.

Selvom James Webb ikke skal ses som en decideret afløser til Hubble - de undersøger universet på hver sin måde - repræsenterer teleskopet stadig et teknologisk spring på 30 år.

Derfor valgte NASA i den indledende salve af fotos at fokusere på velkendte mål, fremfor nye opdagelser, vurderer Peter Laursen.

»Så ikke nødvendigvis for billedernes store videnskabelige værdi, men for at vise noget, der også er flot. Og for at vise hvad James Webb kan, når man sammenligner med Hubble.«

I månederne siden de første billeder har James Webb da også affotograferet endnu flere kosmiske destinationer, som Hubble tidligere har set på.

I denne artikel tager vi et grundigt kig på, hvordan universet ser ud gennem de to respektive teleskoper, og sammenligner teknologien i dem.

Deep Field

Det allerførste offentliggjorte billede, udover smagsprøver i form af testbilleder, var det såkaldte ‘Deep Field’. Billedet er ikke så visuelt slående som de efterfølgende første fire, men viser alligevel James Webbs teknologiske formåen.

Da James Webbs Deep Field-foto blev taget, blev det udråbt til det hidtil længste kig tilbage i universets fortid - hele 13 milliarder år - men allerede få uger efter lod rumteleskopet til at have overgået sig selv flere gange. Dette er dog stadig noget, som forskningen mangler at bekræfte endegyldigt.

Bemærk, at du kan trække slideren på billedet frem og tilbage, for at sammenligne de to versioner.

Ser man nøje efter på billedet ovenfor, er det dog tydeligt, at det største fremskridt sammenlignet med Hubbles version er opløsningen. Der er simpelthen flere detaljer i James Webbs billede, flere galakser, som dukker frem fra mørket.

Et særligt fænomen på denne del af nattehimlen, som fylder mindre hos Hubble, er også mere tydeligt i Webbs version, nemlig den såkaldte tyngdelinse, som forskerne bruger til at se længere ud, end hvad der ellers er muligt.

Mellem James Webb og den fjerneste stjerne ligger en hob af galakser, som burde blokere for vores udsyn, men faktisk gør det omvendte, fortæller Peter Laursen:

»Fordi disse galaksehobe, som består af 100 eller 1.000 galakser, er så tunge, kan de med deres tyngdekraft afbøje lyset fra bagvedliggende og meget fjernere galakser og fokusere det ned til os. Det virker som en slags linse, som kan forstærke lyset fra de stærke galakser.«

»Det ødelægger lidt billedet, fordi galakserne får en form, de ikke har i virkeligheden,« medgiver astronomen.

»Men ved at kigge på de her galaksers bananform, kan man regne ud, hvor meget den tunge hob i forgrunden vejer, lave en model af den og derved udregne de bagvedliggende galaksers egentlige form og masse.«

»Du kan sammenligne det med, hvis du har et vinglas og kigger ned gennem bunden langs med stilken. Hvis du bevæger vinglasset henover et stykke ternet papir, kan du se, hvordan linjerne forvrænges og vil smyge sig omkring glassets stilk.«

Carina-tågen

Det måske mest velkendte motiv blandt James Webbs første fire billeder er de såkaldte kosmiske klipper.

Her er den primære forskel på James Webbs og Hubbles versioner igen den højere opløsning og den større mængde stjerner, som er synlige.

»Hvis man sammenligner med Hubble, er der flere stjerner, som træder frem i James Webb-billedet,« påpeger Peter Laursen.

De kosmiske klipper er egentlig del af stjernetågen Carina, som er »en kæmpe molekylsky , som er fuld af kold gas og støv,« forklarer han. Og ligesom, at en sandstorm på Jorden blokerer for udsynet til det, der ligger bagved, skygger støvet i Carina for de bagvedliggende stjerner og galakser.

Men James Webb, som ser universet i infrarød, har ikke dette problem, forklarer astronomen.

»En af de ting, vi kan med infrarød, er at se længere ind i støvskyer. Støv absorberer primært de korte bølgelængder, det vil sige ultraviolet og blåt, mens de røde og infrarøde slipper nemmere igennem.«

»Det er et af formålene med James Webb. Vi kan kigge dybt ind i de her støvskyer, for at se hvordan stjernerne bliver skabt. Stjernerne bliver skabt i de tætteste områder af de her skyer.«

»Så vi håber på at blive klogere på stjernedannelse simpelthen.«

Ringtågen

Et andet velkendt motiv blandt de første fire billeder er Ringtågen. Igen brillerer James Webb-varianten sammenlignet med Hubbles version.

Som navnet antyder er der også her tale om en stjernetåge, men en anden type end Carina, forklarer Peter Laursen.

Fremfor at være stjernefabrikker er planetariske tåger faktisk resterne af døde stjerner. Hvis de døende stjerner er særligt tunge, eksploderer de, mens de lette stjerner bliver de til disse planetariske tåger, fortæller astrofysikeren.

»Når stjernen løber tør for brændstof, trækker den sig sammen og bliver til en hvid dværg. De yderste lag af stjernen bliver så blæst væk og lyst op af den hvide dværg. Alt efter, præcis hvilken grundstofsammensætning det har, kan det have alle mulige flotte farver.«

»De to billeder hænger sammen. Carina-tågen viser stjerners fødsel, mens Ringtågen viser stjerners død. Og det er en af grundene til, at de billeder blev valgt,« lyder Peter Laursens vurdering.

Han tilføjer, at i modsætning til de andre kosmiske fænomener, som er blevet afbilledet, og som varer i millioner af år, er de planetariske tåger et meget mere kortvarigt fænomen.

»De forsvinder på måske 10.000 år, bliver opløst, og bliver en del af det kosmiske kredsløb. På et tidspunkt vil de indgå i en sky, ligesom Carina-tågen, og blive til nye stjerner.«

Stephans kvintet

I det sidste billede fra den oprindelige salve fra James Webb ønskede man et mål, som hverken var for langt væk eller for tæt på, men noget, som kunne fremvise den detaljerigdom, Webb kan fange.

Valget faldt derfor på Stephans kvintet, en ‘visuel gruppering’ af galakser, hvor det faktisk kun er 4 ud af de 5 galakser, som er i samme klynge.

Så selvom Stephans Kvintet ikke umiddelbart blev valgt for sin forskningsmæssige værdi, lærer vi stadig noget af Webbs skarpere sæt øjne, fortæller Peter Laursen.

Den øverste galakse har nemlig en aktiv galaksekerne, en såkaldt kvasar, som er særligt iøjnefaldende hos Webb.

»Der er en nedre grænse for, hvor fine detaljer man kan se på astronomiske billeder, hvilket er direkte relateret til teleskopets størrelse.«

På Hubble var galaksekernen en punktkilde, et objekt så fjernt, at det er mindre end teleskopets opløsning, og forekommer derfor som et ‘glimt’, mens man hos Webb faktisk kan ane kvasaren i midten.

Denne artikel er første del af en mini-serie. I en kommende artikel ser vi nærmere på, hvordan James Webbs senere foto-motiver, såsom de velkendte planeter Jupiter og Neptun, tager sig ud med det nye udstyr.