Største James Webb-program nogensinde godkendt: ledet af forskere på Cosmic Dawn Center

For tredje gang siden dets opsendelse har forskere verden over deltaget i den årlige udvælgelsesproces om observationstid på rumteleskopet James Webb. Blandt de succesfulde ansøgninger, som nu er blevet udvalgt af komiteen, er de største program nogensinde udført med James Webb, “COSMOS-3D”, ledet af adjunkt Koki Kakiichi på Cosmic Dawn Center. Programmet har som mål at kortlægge Universet i 3D og herved udforske hvordan galakser har udviklet sig og er fordelt i rummet.

Når vi ser ud i rummet, kigger vi også tilbage gennem tiden. Dette vidunderlige faktum giver astronomer mulighed for at oversætte et 3D-kort af galakser til et fastfrosset billede af hele Universets historie. Kredit: NASA, ESA, CSA, Northrop Grumman, A. Feild (STScI). Montage og editering: Peter Laursen (Cosmic Dawn Center).

Som det er sædvanligt med de fleste teleskoper rundt omkring i verden og i rummet, konkurrerer astronomer hvert år om at benytte rumteleskopet James Webb til at eksponere exoplaneter, studere stjerner, og granske galakser. Mens nogle forskergrupper er blevet tildelt en vis mængde garanteret tid — som belønning for at bidrage med f.eks. udstyr eller persontimer — kræver de fleste observationstimer, at gruppen indsender en ansøgning. Efterfølgende gennemgår disse ansøgninger så af streng bedømmelse af en komité af verdensførende videnskabsfolk, som udvælger de bedste.

Kartografi i 3D

 En af de succesfulde deltagere i dette kapløb om  at bruge det mest avancerede teleskop i rummet er Koki Kakiichi, adjunkt ved Cosmic Dawn Center i København. Med det ambitiøse mål at opmåle positionerne og egenskaberne af 20.000 galakser og 5000 supertunge sort huller gennem mere end 12 milliarder års kosmisk tid, er Kakiichis program “COSMOS-3D: A Legacy Spectroscopic/Imaging Survey of the Early Universe” det største program nogensinde med James Webb, i termer af observationstimer: i alt 265 timers eksponeringstid, nok til at få nogle af de lyssvageste galakser til at træde frem.

Den tredje dimension

Selvom himmellegemernes enorme afstande får nattehimlen til at fremstå som en todimensional hvælving, findes der metoder til at måle afstandene til stjerner og galakser, og derved opnå den tredje dimension.

For at bestemme en galakses afstand kan astronomer observere dens spektrum, dvs. et billede hvor lysets spredes ud alt efter dets bølgelængde. Jo længere væk galaksen er, jo længere har dens lys rejst gennem det ekspanderende Univers, og denne proces forskyder lyset mod længere, eller “rødere” bølgelængder.

Ved at sammenligne det observerede spektrum med det forventede, “teoretiske” spektrum, kan den præcise rødforskydning måles og oversættes til en afstand.

 At kortlægge vores omgivelser udover kendte grænser er ikke blot en genopførelse af fordums tiders opdagelsesrejser. Med den statistik, som sådan et stort datasæt stiller til rådighed, vil Kakiichi og hans kolleger kunne besvare fundamentale spørgsmål om Universet:

“Selvom der er masser af spændende astrofysik at udforske, har vi overordnet set tre mål,” forklarer Kakiichi. “For det første gør observationerne af galaksepopulationer gennem størstedelen af den kosmiske tid os i stand til at se, hvordan de store, tunge galakser har udviklet sig. For det andet, parallelt med galaksernes udvikling vokser deres centrale, supertunge sorte huller; med COSMOS-3D vil vi kunne studere denne fremvækst.”

Spektrene for COSMOS-3D optages vha. såkaldt “spaltefri spektroskopi”, hvor lyset fra alt i synsfeltet spredes ud efter dets bølgelængde. Selvom denne metode kræver den udfordrende opgave at “u-blande” spektrene, som lapper ind over hinanden, er fordelen at tusindvis af spektrer kan optages samtidig. Kredit: screenshot fra filmen How the Roman Space Telescope Will Study Galaxies (Robert Hurt; IPAC/Caltech) about NASA’s Roman Space Telescope, som skal opsendes i 2027, og som vil bruge samme teknik som COSMOS-3D.

Den sidste pointe er især interessant ift. en nyligt opdaget population of galakser, døbt “små, røde prikker” pga. deres farve og kompakte størrelse. Disse galakser menes både at være stærkt stjernedannende og at indeholde støvindhyllede, supertunge sorte huller. Med det store datasæt som COSMOS-3D leverer vil Kakiichi og hans team kunne kaste lys over deres sande natur.

Det kosmiske net

Det tredje centrale videnskabelige mål — ifølge Kakiichi det mest spændende — har at gøre med Universets allerstørste skalaer:

Galakser er fordelt i rummet ikke tilfældigt, men i et spindelvæv af filamenter kendt som “det kosmiske net”. Dette spindelvæv er Universets største arkitektur, og består ikke kun af galakser; størstedelen er faktisk diffus gas mellem galakserne.

“Ved at kortlægge det kosmiske net vil vi kunne forstå hvordan galakser og deres omgivelser udviklede sig sammen , på tværs af rum og tid. COSMOS-3D udforske udviklingen af det kosmiske net hele vejen tilbage til den epoke, hvor intens ultraviolet lys fra de tidligste galakser ioniserede Universet,” siger Kakiichi. “Dette vil ikke bare give os mulighed for at undersøge selve Universets struktur, men også for at kunne se, hvilke slags galakser, der var ansvarlige for denne ionisation. Desuden vil vi kunne se, hvordan galakser og supertunge sorte huller udviklede sig i denne sammenhæng.”

James Webb begynder at foretage observationerne for COSMOS-3D i løbet af vinteren dette år.

Mere information

 

Tags: , ,