Il telescopio spaziale James Webb entra nella nuova era dell'imaging a infrarossi universale nel Ciclo 1

Il primo anno in orbita del telescopio spaziale James Webb è stato caratterizzato da un processo di calibrazione di sei mesi, dall'impatto di micrometeoroidi che hanno distrutto lo specchio e dall'imaging a infrarossi di una delle prime galassie mai catturate, GLASS-z12, circa 350 milioni di anni dopo l'inizio dell'universo. Il record precedente per un’osservazione del genere risale a 400 milioni di anni dopo il Big Bang per GN-z11, catturato dal telescopio spaziale Hubble nel 2016.

Webb ha iniziato le operazioni scientifiche complete l'11 luglio, dopo sei mesi di raffreddamento, calibrazione e allineamento dello specchio, oltre ad altre attività di messa in servizio. I funzionari della National Aeronautics and Space Administration (NASA) il 12 luglio hanno presentato al pubblico la prima immagine di JWST, "Webb's First Deep Field", che mostra l'ammasso galattico SMACS 0723 come appariva 4,6 miliardi di anni fa.

Secondo la NASA, il "Primo campo profondo di Webb" è una minuscola fetta dell'universo in espansione, grande circa quanto un granello di sabbia tenuto a distanza di un braccio. Si tratta di una raccolta di immagini scattate a diverse lunghezze d'onda dell'infrarosso nel corso di 12,5 ore con la Near-Infrared Camera (NIRCam) di JWST. In confronto, l’iconica immagine in campo profondo del telescopio spaziale Hubble del 1995 ha richiesto un tempo di esposizione totale di oltre 100 ore distribuite su 10 giorni di tempo di esposizione in orbita.

Il team di oltre 20.000 ingegneri che ha sviluppato Webb originariamente prevedeva una durata della missione di 5-10 anni. Tuttavia, dopo un distacco impeccabile da Ariane 5, la NASA ha confermato che Webb ha abbastanza propellente per jet a bordo per durare 20 anni in orbita.

Perché Webb ha impiegato più di sei mesi dal lancio del 25 dicembre 2021 per iniziare le operazioni scientifiche ufficiali a luglio? Il dispiegamento del JWST al secondo punto Lagrange (L2) – a 1,5 milioni di chilometri (km) dalla Terra – è durato un mese con un processo di dispiegamento in orbita che includeva 344 potenziali guasti a punto singolo.

La maggior parte di questi fallimenti sono stati superati entro le prime due settimane di dispiegamento, quando sono stati aperti i 18 singoli segmenti esagonali dello specchio primario placcato in oro di Webb. Utilizzando i 155 motori fissati sul retro di questi segmenti, lo specchio è stato allineato per scrutare verso l'esterno, nelle regioni più antiche dell'universo, separate dallo schermo solare di Webb dal lato del telescopio rivolto alla luce e al calore generati dal Sole, dalla Luna e dal Sole. La Terra e gli altri pianeti del Sistema Solare.

Dopo il processo di apertura e allineamento dello specchio, tra gennaio e aprile, il team dello Space Telescope Space Institute (STScI) che gestisce JWST si è concentrato sul raffreddamento degli strumenti a infrarossi alle loro temperature operative. Questo periodo di tempo è stato utilizzato anche per calibrare e confermare la qualità dell'immagine ottica collettiva e le prestazioni dei quattro strumenti a infrarossi di Webb: NIRCam, lo spettrografo del vicino infrarosso (NIRSpec), lo strumento del medio infrarosso (MIRI) e il sensore di guida fine/ Imager nel vicino infrarosso e spettrografo senza fessura (FGS/NIRISS).

Il MIRI richiede la temperatura operativa più fredda dei quattro strumenti perché ha il compito di osservare le parti più buie e distanti dell'universo nella gamma di lunghezze d'onda del medio infrarosso compreso tra 5.000 e 28.000 nm. Secondo la NASA, la fotocamera/spettrografo nel medio infrarosso ha raggiunto la sua temperatura operativa finale di 7K (~ -447°F, -230°C) il 7 aprile.

Gli strumenti nel vicino infrarosso – NIRCam, NIRSpec, FGS/NIRISS – funzionano a una temperatura più calda di circa 39 K (~ -389°F, -234°C) abilitata da un sistema di raffreddamento passivo. Ciascuno degli altri tre strumenti ha raggiunto la temperatura target poche settimane prima che il MIRI raggiungesse i 7K.

Webb ha un totale di 17 modalità strumentali. Dopo aver completato l'intero processo di messa in servizio a luglio, il team JWST ha esaminato i dati sulle prestazioni raccolti da tutte le 17 modalità rispetto ai criteri di preparazione specifici della modalità per le prestazioni degli strumenti scientifici.

Questo processo è stato completato il 10 luglio, tuttavia, il team STScI continua ad aggiornare i dati di calibrazione, prestazioni e risoluzione raccolti su JDox, il sistema di documentazione utente JWST online che tiene traccia di ogni aggiornamento relativo all'utente per ogni componente del sistema e applicazione sul telescopio. Sulla base dei dati finali di messa in servizio presentati nel rapporto JWST Science Performance, gli specchi di JWST sono più puliti rispetto ai requisiti, l'ottica complessiva è meglio allineata e il sistema di guida precisa punta l'osservatorio "diverse volte in modo più accurato e preciso di quanto richiesto", secondo il rapporto .