Stockholms universitet logo, länk till startsida

James Webb-bilderna - vad händer nu?

Nyligen släpptes de första, spektakulära bilderna från rymdteleskopet James Webb. Flera forskare vid Stockholms universitet bedriver forskning relaterad till de nya upptäckter teleskopet kan leda till.

Carina-nebulosan
En bild av Carina-nebulosan- Foto: ESA

Forskare vid Institutionen för astronomi, förklarar de släppta bilderna med egna ord nedan och beskriver den forskning som nu tar vid.

Galaxklustret SMACS 0723.
Galaxklustret SMACS 0723. På bilden kan tusentals galaxer observeras med blotta ögat. Foto: ESA

SMACS 0723

Den kombinerade gravitationen från galaxer och mörk materia i galaxhopen SMACS 0723 kröker ljuset som kommer från galaxerna bakom, något som kallas gravitationslinsning. Det gör att de ser ut som utsträckta fragment av en båge som ligger i ett cirkelformat mönster kring hopens centrum. En del av galaxerna i bilden är bland de mest avlägsna objekten vi känner till. Ljuset från dem har färdats i upp till 13,1 miljarder år innan det nådde teleskopet, vilket gör att vi kan se dessa galaxer så som de såg ut bara 700 miljoner år efter Big Bang.

Senare i år kommer forskare från Stockholms universitet att använda James Webb-teleskopet, JWST, för studera andra gravitationslinsade system. Ett projekt leds av Emil Rivera Thorsen och kommer använda instrumentet NIRSpec för att detaljstudera den ljusstarkaste linsade galaxen vi någonsin upptäckt. Astronomer från Stockholms universitet är inblandade i fler program som ska observera gravitationslinser, ett av dessa kommer studera stjärnhopar som blivit extremt förstorade av linseffekten vilket gör det möjligt att förstå stjärnbildning i detalj i dessa extremt avlägsna galaxer.

SMACS 0723:s centrum har också blivit observerat med MIRI, vilket är den kamera på JWST som kan detektera det rödaste ljuset. Sverige, bland annat genom forskare vid Stockholms universitet, har bidragit till att utveckla och bygga kameran. I höst kommer MIRI användas för att ta en exponering med en längd på totalt 50 timmar – cirka 30 gånger längre tid än observationen av SMACS 0723 – av Hubble Extremely Deep Field (XDF). Göran Östlin, Arjan Bik, och Jens Melinder är medforskare i det europeiska MIRI-konsortiet och kommer analysera bilderna av de allra mest avlägsna galaxerna.

Carina-nebulosan
En bild av Carina-nebulosan- Foto: ESA

Carina-nebulosan

Carina-nebulosan är en region i vår egen Vintergata där nya stjärnor föds. Den här bilden visar gas och stoftmolnen i nebulosan i högre upplösning än någonsin tidigare. Med Webb infraröda kameror kan vi se igenom stoftet och hitta de allra yngsta stjärnorna som fortfarande håller på att bildas. Vi kan också se hur det ultravioletta ljuset från de unga stjärnorna långsamt förstör det omgivande stoftet. Den blå-turkosa “ångan” som ser ut att komma ut från molnen visar het gas som strömmar iväg från nebulosan.

Två JWST-projekt som handlar om ämnen liknande Carina-nebulosan och stjärnbarnkammare leds av astronomer vid Stockholms universitet. Arjan Bik leder ett projekt som studerar hur planeter kan bildas under påverkan av stark ultraviolett strålning, eftersom galaxskivorna dessa planeter bildas i så lätt blir förstörda av strålningen. Med MIRI och MRS så kan molekyler observeras i skivorna, mäta deras egenskaper, och se hur de påverkas av den ultravioletta strålningen.

I det andra projektet, JWST-FEAST, leder Angela Adamo en studie av tusentals stjärnbildningsregioner, som observeras i ett flertal närbelägna galaxer. I dem kommer vi se färre detaljer än i Carina-nebulosan (eftersom de befinner sig mycket längre bort), men vi kommer kunna få unika insikter om regionernas utveckling över tid. Detta kommer göra det möjligt att skapa modeller för hur de bildas och utvecklas.

Stephans kvintett
Stephans kvintett. Foto: ESA

Stephans kvintett

Stephans Kvintett är en galaxgrupp bestående av 5 galaxer, som till synes ligger precis jämte varandra. I själva verket är fyra av dem på väg att kollidera, medan den femte ligger långt framför och har ingen koppling till de andra. Den här typen av kollisioner, som är ovanliga i vårt nuvarande universum, var mycket vanligare när universum var yngre och tros vara viktiga för bildandet av riktigt stora galaxer. Även vår egen Vintergata kommer om några hundra miljoner år att kollidera med Andromeda och Triangulum-galaxerna. JWST-bilderna avslöjar även var stjärnor föds i galaxerna, och ger en klar bild av kollisionen mellan dem. Vi kan se ljusstark strålning mellan galaxerna som kommer från gasen som genomgår en chock under kollisionen. Kollisionschocken gör att gasen och stoftet får en högre temperatur än omgivningen vilket gör att den sänder ut ljus med en våglängd som kan observeras av JWST.

MIRI och NIRSPEC-spektroskopi av galaxerna visar mängder av spektrallinjer i utsöndringen och visar joniserad gas, molekyler och stoft. Hur gasen är fördelad inuti galaxerna kan användas för att förstå hur det supermassiva svarta hålet i centrum av en av dem påverkar sin omgivning, hur många stjärnor som bildas i dem, samt hur mycket stoft som finns där. Genom den så kallade Doppler-effekten kan vi även mäta rörelser hos gasen, vilket gör det möjligt att förstå hur supermassiva svarta hål matas med material.

Liknade mätningar kommer göras i JWST-observationer som leds av forskare vid Stockholms universitet. Stjärnor bildas från tätpackade gas- och stoftmoln, och ljuset från dem kan till en början inte ta sig igenom. Vi vet inte riktigt hur lång tid det tar för den energirika strålningen att rensa omgivningen så att ljuset kan nå oss. I projektet JWST-FEAST kommer JWST:s infraröda kameror att användas för att kunna se igenom de täta stoftlagren och låta oss se hur stjärnor gradvis träder fram från sin barnkammare. Forskare från universitetet kommer också studera fler galaxer med supermassiva svarta hål, eller som bildar extremt mycket stjärnor på kort tid, fast som ligger mycket längre bort. Som partners i det Europeiska MIRI-konsortiet kommer de använda spektrografen MIRI/MRS för att detaljstudera hur stjärnor bildas och hur svarta hål växer i dessa galaxer.

Spektrum av ljuset från Exoplaneten WASP 96b
Spektrum av ljuset från Exoplaneten WASP 96b. Foto: ESA

WASP-96b är en het, Jupiterliknande, planet med ett år som bara är 3,4 dygn långt. Dess moderstjärna är lik solen och ligger på ett avstånd av 1100 ljusår från jorden. Planetens bana gör att den passerar framför sin stjärna. Under passagen går en del av stjärnljuset genom planetens atmosfär, vilket ger upphov till karakteristiska drag i ljusets spektrum. Tack vare Webbs exceptionella känslighet och stabilitet kan forskarna observera dessa spektrala drag och komma fram till planetatmosfärens kemiska sammansättning. I det uppvisade Webb-spektrumet ses signaturen av vattenånga. Förutom att påvisa existensen av vatten i atmosfären, så kan forskarna, från den relativa svagheten av de spektrala dragen, härleda att det finns moln på planeten. Dessa data uppvisar Webbs förmågor och ger en försmak av vad vi kan förvänta oss i framtiden. Observationer i längre våglängder av Webb-instrumentet MIRI kommer vara känsliga för andra molekyler, såsom metan och koldioxid. Med större ansträngning kommer Webb också kunna anta den svårare utmaningen att karakterisera atmosfären hos mer jordlika planeter. 

Vid Institutionen för astronomi på Stockholms universitet leder Alexis Brandeker ett James Webb-program ägnat att karakterisera atmsofären hos superjord- och lavaplaneten 55 Cancri e. Brandeker deltar också i två andra program ägnade åt att karaktärisera planetatmosfärer. Markus Janson deltar i ett program som kommer dra nytta av Webbs skarpa upplösning till att ta direkta bilder och spektra av tre exoplaneter.

Läs mer om James Webb och se bilderna i högre upplösning på Europeiska rymdstyrelsens hemsida:

ESA:s webbplats