Dette er den anden af to artikler om det første år med rumteleskopet James Webb. Hvis du ikke har læst den første, der handler om Webbs udforskning af det tidlige univers og galaksers dannelse, kan du finde den hér.
I løbet af James Webbs første år i rummet har rumteleskopet fascineret og overrasket gang på gang.
Nogle af teleskopets største og vigtigste opgaver, som vi dykker ned i her, er:
- Stjerner: Udforskning af deres dannelse og udvikling
- Exoplaneter: Udforskning af deres atmosfærer og Biosignaturer
- Solsystemet: Overvågning, især af de ydre planeter
Webb har fanget stjerners dannelse
Det er naturligvis ganske umuligt for et enkelt teleskop som James Webb at studere et stort udvalg af stjerner. Det er et stort og kostbart teleskop, hvor det er meget vanskeligt at få observationstid, hvis ikke man har et virkelig godt projekt.
James Webb ser især på, hvordan stjerner dannes. Det sker i store skyer af gas og støv, som normalt skjuler selve dannelsesprocessen for os. Med sit infrarøde syn kan teleskopet se gennem disse skyer, og den egenskab er blevet rigt anvendt.
\ James Webb
Rumteleskopet James Webb (JWST), der blev sendt ud i rummet 25. december 2021, afløser det mere end 30 år gamle rumteleskop Hubble som menneskehedens øje i rummet.
JWST´s spejl har en diameter, der er 3 gange større end Hubbles spejl, og dermed bliver JWST verdens største teleskop i rummet.
Allerede få dage efter, at det blev aktiveret i juli 2022, begyndte forskere at opdage tusindvis af nye galakser, fjernere og ældre end nogen andre, der er blevet dokumenteret.
JWST er blevet til i et partnerskab mellem ESA, NASA og Canadian Space Agency.
Vi vil her give to eksempler på stjernedannelse, som James Webb har fanget.
Protostjernen L 1527
Det første eksempel er protostjernen L 1527, som er så ung, at den endnu ikke er blevet til en ’rigtig’ stjerne, der får sin energi ved en fusion af brint til helium.
L 1527 befinder sig i en sky af gas og støv, og den er stadig ved at blive dannet. Lige nu er den blot en varm samling af gas med en masse på mellem 20 og 40 procent af Solens masse, men massen vokser stadig.
Det stof, som protostjernen får tilført fra skyen, samler sig i en skive omkring stjernen, men det er en voldsom proces, da noget af gassen slynges bort igen og derved danner en timeglasformet tåge.
Skiven af gas og støv kan ses som en mørk stribe i midten af den timeglasformede tåge. Selve protostjernen kan man ikke se på grund af skiven, men lys fra protostjernen kan slippe ud i retninger vinkelret på skiven og oplyse de udslyngede gasmasser.
Skiven er på størrelse med vores solsystem, og hvad der ikke falder ned på protostjernen ender måske som planeter – men det ligger stadig et godt stykke ude i fremtiden.
For 4,6 milliarder år siden har vores Sol måske begyndt sit liv på samme måde. Det kan vi naturligvis ikke observere, men vi kan få en ganske god ide om, hvordan det er sket, ved at undersøge en række meget unge protostjerner.
Gastågen NGC 346
Det andet eksempel på stjernedannelse, som James Webb har undersøgt, blev præsenteret på en kongres afholdt af American Astronomical Society i januar 2023.
Det drejer sig om en gaståge ved navn NGC 346 i den Lille Magellanske Sky, som er en af Mælkevejens to ’satellitgalakser’. Den lille Magellanske Sky kaldes ofte for SMC, der står for Small Magellanic Cloud.
SMC indeholder lavere koncentrationer af grundstoffer, der er tungere end brint eller helium, som man ser i Mælkevejen. I astronomien kaldes alle andre grundstoffer end brint og helium under et for tunge grundstoffer.
Da støvkorn i rummet hovedsageligt består af tunge grundstoffer, forventede forskerne, at der kun ville være små mængder støv, og at det ville være svært at opdage. Men nye data fra Webb afslører netop det modsatte, nemlig at der faktisk findes en del støv i NGC 346.
Netop den kendsgerning, at SMC er en lille galakse, der indeholder færre tunge grundstoffer end vores Mælkevej, gør det på en måde muligt at lære noget om, hvordan stjernedannelsen foregik, da universet var bare 2-3 milliarder år gammelt.
Dengang var der endnu ikke dannet ret mange tunge grundstoffer, så næsten alle galakser – også vores egen Mælkevej - må på den tid have haft et lavt indhold af tunge grundstoffer. Til gengæld foregik stjernedannelsen dengang i et meget højt tempo.
Derfor er det ikke så mærkeligt, at man er meget interesseret i at studere stjerner i NGC 346, for at se om det lave indhold af tunge grundstoffer påvirker måden, stjerner dannes på.
Stjerner begynder som nævnt deres liv som såkaldte protostjerner. En protostjerne adskiller sig fra en normal stjerne ved, at den ikke får energi ved en fusionsproces, hvor brint omdannes til helium. I stedet kommer energien fra en sammentrækning af en gassky.
Materialet samler sig i en skive, og det er i centret af denne skive, at protostjernen dannes.
Astronomer har opdaget gas omkring protostjerner i NGC 346, men Webb har vist, at der også findes støv i disse skiver.
\ Om artiklens forfattere
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I mere end 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
Ved at observere protostjerner, der stadig er under dannelse, kan forskerne lære, om stjernedannelsesprocessen i SMC er anderledes end den, vi observerer i vores egen Mælkevej.
Tidligere infrarøde undersøgelser af NGC 346 har fokuseret på protostjerner, der er har en masse på 5-8 gange vores sols masse, altså meget store stjerner.
Med Webb kan man nu undersøge dannelsen af meget mindre stjerner, også stjerner, der er mindre end Solen. Det gør det muligt at undersøge, om den måde de dannes på, er påvirket af det lave indhold af tunge grundstoffer i NGC 346.
Specielt er man interesseret i dannelse af planeter. Hvis man finder tegn på dannelse af jordlignende planeter af klippe og metal, så betyder det, at denne type planeter kan være dannet langt tidligere i universets historie end hidtil antaget.
James Webb udforsker udvalgte exoplaneter
James Webb skal som nævnt også undersøge exoplaneter, men teleskopet har ikke mulighed for en bred undersøgelse af exoplaneter. Der er kun kapacitet til at undersøge nogle få på forhånd udvalgte exoplaneter, hvor man på forhånd formoder, at teleskopet kan ’gøre en forskel’.
En af de satellitter, som her gør det forberedende arbejde, er TESS, der siden 2018 har skannet himlen for at finde exoplaneter.
Her fandt den tegn på, at den røde dværgstjerne LHS 465 havde en planet. Dværgstjernens afstand er kun 41 lysår– astronomisk set næsten i baghaven.
Webb-teleskopet har nu set nærmere på denne stjerne og fik hurtigt bekræftet, at dens planet er på størrelse med Jorden.
Planeten fik betegnelsen LHS 465b, og man startede med at måle planetens radius til 99 procent af Jordens radius.
Omløbstiden om stjernen er kun to døgn, hvilket betyder, at planeten er ganske tæt på den røde dværgstjerne og derfor ganske varm, hvilket blev bekræftet af Webbs målinger. Måske er LHS 465b således en planet, der snarere ligner Venus end Jorden.
Leder man efter liv andre steder, er det mest logiske at starte med planeter på størrelse med Jorden – men de byder på en særlig udfordring for Webb.
En planet som LHS 465b, som er næsten lige så stor som Jorden, har sandsynligvis ikke en meget udstrakt atmosfære. Hvis der er en atmosfære, er det mest sandsynligt, at den er tynd og befinder sig inden for få hundrede kilometer fra overfladen.
En sådan atmosfære er svær at observere og analysere, i modsætning til en tæt og udstrakt atmosfære omkring en Jupiterlignende planet. Den opgave har Webb tidligere løst, og det har vi omtalt i en tidligere artikel.
Det var derfor ikke overraskende, at Webb ikke med sikkerhed kunne afgøre, om LHS 465b har en atmosfære.
Som vist på figuren tog man et såkaldt transmissionsspektrum, hvor lyset fra stjernen skulle passere gennem atmosfæren, hvis der ellers er en.
Som man kan se herover, prøvede man at fortolke spektret med teoretiske kurver for en metan-atmosfære og for en CO2-atmosfære, men ingen af delene passede.
Det kan dog stadig være, at planeten har en tæt CO2 atmosfære godt skjult under et tær skydække, men målingen viser, at det bestemt ikke er let at måle på atmosfærer omkring planeter af Jordens størrelse.
En støvskive afslører exoplanetsystem
På kongressen hos American Astronomical Society blev der også vist helt nye billeder fra en støvskive omkring en anden rød dværgstjerne bare 32 lysår borte med to kendte planeter.
Stjernen er kun omkring 23 millioner år gammel, hvilket betyder, at planetdannelsen er afsluttet, da den proces typisk tager mindre end 10 millioner år. Tilbage er en støvfyldt skive, som er resultatet af kollisioner mellem de utallige store og små planet-esimaler, som var ’byggeklodser’ til de store planeter.
Observationerne er foretaget med Webbs Near-Infrared Camera (NIRCam), som også er udstyret med en såkaldt koronagraf, der blokerer for selve stjernens lys. Derved blev det muligt for forskerne at spore skiven så tæt på stjernen som 5 astronomiske enheder (750 millioner km) - hvad der svarer til Jupiters bane i vores solsystem.
Holdet brugte Webbs NIRCams koronagraf til at studere området meget tæt på stjernen.
Der blev taget to billeder ved bølgelængder på 3560 og 4440 nm, altså et godt stykke ude i det infrarøde område. Man kan se, at billedet af skiven taget ved den mindste bølgelængde viser en lysere skive. Det betyder, at skiven indeholder meget fint støv, der er mere effektivt til at sprede kortere bølgelængder af lys.
Selvom støvskiven er vigtig, er det ultimative mål at søge efter store planeter, der ligner gasplaneterne Jupiter og Saturn eller isplaneterne Uranus og Neptun, og som har baner langt fra stjernen.
Skiven når i hvert fald langt ud, så nu bliver opgaven at undersøge, om den også indeholder store planeter. Med de sædvanlige metoder er det meget svært at finde planeter med baner langt fra deres stjerner. Langt de fleste exoplaneter, man finder, er derfor tættere på deres stjerne, end Jorden er på Solen.
Solsystemets ydre planeter skal udforskes af Webb
En lille del af James Webbs observationstid vil som nævnt i indledningen blive brugt på vores eget solsystem: Man vil observere både planeter, kometer og iskloder ude i Kuiperbæltet.
Da teleskopet ikke må rettes i nærheden af Solen, kan man kun observere solsystemet fra Mars og udefter, men her er der også meget at se på. For bare at tage et par eksempler:
De to planeter Uranus og Neptun har kun haft et enkelt besøg af en rumsonde, nemlig Voyager 2, og det er snart 40 år siden. Astronomerne vil virkelig gerne lære noget mere om de ydre planeter, og her kan teleskopet hjælpe med at holde øje med vejret derude.
Det var en enorm overraskelse at opdage storme med en vindhastighed på op mod 2.000 km i timen på den fjerne og kolde Neptun, så man vil meget gerne kunne følge op på sådanne opdagelser.
Det samme gælder for Saturns måne Titan, som har en tæt atmosfære og skyer af metan.
Rumsonden Cassini gav mange gode data, men for at forstå vejret på Titan er det nødvendigt med en langtidsovervågning. Og indtil der kommer nye rumsonder til Saturn og dens måner, er det kun James Webb, der kan virke som en vejr-satellit.
Ude på den anden side af Neptuns bane har vi Kuiperbæltet af iskloder. Pluto er den størst kendte isklode i dette bælte, men der er tusinder af iskloder, hvoraf nogle få er på størrelse med Pluto.
At observere disse kloder er lige en opgave for James Webb. De er måske svære at se, simpelthen fordi sollyset er svagt så langt væk fra Solen, men de udsender alle infrarød varmestråling – og netop infrarøde observationer er lige en spidskompetence for Webb-teleskopet. Der skal såmænd nok blive opdaget en del nye kloder derude.
Og så har vi slet ikke nævnt asteroider og kometer. Så selv om kun omkring 7 procent af James Webbs observationstid er sat af til Solsystemet, kan der godt komme mange spændende opdagelser.
