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Lo Space Telescope Science Institute ha annunciato quali proposte astronomiche sono state selezionate per essere utilizzate dal James Webb Space Telescope nei prossimi due anni.
Giovedì (29 febbraio), l’organizzazione ha delineato 253 programmi GO (General Observers) che utilizzeranno il telescopio spaziale più potente e sensibile dell’umanità per un totale di 5.500 ore tra luglio 2024 e giugno 2025. Questo intervallo è noto come Ciclo 3 delle operazioni JWST. .
Il Ciclo 3 si baserà sui due anni precedenti di progressi scientifici compiuti da questo telescopio da 10 miliardi di dollari, che ha iniziato a trasmettere dati nel 2022.
Alcuni degli obiettivi del terzo anno del JWST includono potenziali esolune, o lune che circondano gli esopianeti, gli esopianeti stessi in congiunzione con le loro atmosfere, buchi neri supermassicci e persino galassie lontane che esistevano all’alba dei tempi. Il JWST studierà anche strutture su larga scala nel cosmo per rivelare dettagli sull’espansione accelerata dell’universo e sull’energia oscura, la forza misteriosa che guida tale movimento.
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È aperta la caccia alle esolune
Uno dei team abbastanza fortunati da avere tempo con il JWST durante il Ciclo 3 cercherà lune al di fuori del sistema solare. Queste sono conosciute come lune extrasolari o semplicemente “esomune”.
David Kipping, assistente professore di astronomia alla Columbia University, fa parte del team che spera di trovare lune in particolare attorno all’esopianeta Kepler-167e. Questo gigante gassoso ha circa le dimensioni e la massa di Giove e si trova a 1.115 anni luce dalla Terra.
“Siamo entusiasti che una delle nostre proposte venga accettata!” Kipping ha detto a Space.com. “La nostra ricerca dell’exomoon intorno a Kepler-167e è stata accettata, ed è il miglior obiettivo che abbiamo mai avuto per la caccia alla luna.”
Finora, le esolune si sono rivelate un argomento sfuggente per gli astronomi perché vengono cacciate utilizzando la stessa tecnica di blocco della luce impiegata per individuare gli esopianeti attorno alle stelle. Tuttavia, questa tecnica è già abbastanza difficile quando si cercano grandi mondi oltre la Terra: cercare piccole esolune con essa è immensamente impegnativo. Non solo le esolune bloccherebbero molta meno luce rispetto agli esopianeti attorno ai quali orbitano, ma dovrebbero anche trovarsi nella posizione giusta al momento giusto.
Un’esoluna rilevabile dovrebbe orbitare attorno al suo pianeta esattamente nel momento in cui il pianeta attraversa, o “transita”, la faccia della sua stella madre per oscurare parte della luce se vista dal nostro punto di osservazione nel cosmo. Tale ostruzione verrebbe rilevata dalle apparecchiature degli scienziati, che permetterebbero loro di calcolare in modo inverso che un esopianeta (o potenzialmente un’exomuna) l’ha originata.
Kipping spera che, concentrandosi su Kepler-167e con il Near Infrared Imager e lo Slitless Spectrograph (NIRISS) del JWST, lui e il suo team possano effettuare il primo rilevamento indiscusso di un’esoluna. “Speriamo che questo sia solo l’inizio della rivoluzione delle esolune. Nuovi mondi che sicuramente nasconderanno alcuni segreti notevoli”, ha detto Kipping.
Naturalmente, i progetti Cycle 3 GO del JWST includono anche una vasta gamma di indagini incentrate sugli stessi esopianeti e non solo sulle loro potenziali lune. Tra questi vi sono alcuni che desiderano determinare se alcuni esopianeti presentano le condizioni necessarie per sostenere la vita come la conosciamo.
Tra questi progetti di abitabilità degli esopianeti ce n’è uno chiamato “Limitare l’atmosfera dell’esopianeta terrestre TOI-4481b”. Questo utilizzerà lo strumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) del JWST per 16 ore per determinare se un pianeta extrasolare di massa pari a quella di Giove, che orbita attorno a una stella massiccia circa la metà di quella del Sole che si trova a circa 39 anni luce di distanza, è stato in grado di restare sospeso alla sua atmosfera.
Il risultato potrebbe servire come primo passo per comprendere l’abitabilità dei pianeti rocciosi e stabilire se le stelle di tipo M, note anche come nane rosse, abbiano pianeti terrestri con atmosfere significative. Questo è importante nella ricerca della vita oltre la Terra perché le nane rosse sono le stelle più comuni nella Via Lattea.
Alla ricerca dei buchi neri supermassicci
Gli astronomi credono ampiamente che la maggior parte delle grandi galassie del nostro universo abbiano al loro interno buchi neri supermassicci con masse pari a milioni, o addirittura miliardi, di soli. Alcuni di questi buchi neri supermassicci ingoiano attivamente il gas e la polvere che li circondano in dischi di materia chiamati dischi di accrescimento.
Si pensa che le influenze gravitazionali di questi mostruosi buchi neri riscaldino il materiale in quei dischi di accrescimento, facendoli emettere radiazioni luminose attraverso lo spettro elettromagnetico e creando regioni chiamate Nuclei Galattici Attivi (AGN). Inoltre, tutta la materia che non viene inghiottita dal buco nero può essere incanalata verso i suoi poli, dove viene espulsa sotto forma di getti di particelle che viaggiano a velocità prossime a quelle della luce. Quando ciò accade, il fenomeno è chiamato quasar.
Le condizioni violente di questi eventi rendono gli AGN e i quasar gli oggetti più luminosi dell’universo, spesso abbastanza luminosi da eclissare la luce combinata di ogni stella nelle galassie circostanti. La nostra comprensione teorica dei buchi neri supermassicci è cresciuta da quando l’Event Horizon Telescope (EHT) ha rivelato la prima immagine di un buco nero, il buco nero supermassiccio nel cuore della galassia Messier 87 (M87), nel 2019.
E le missioni del Ciclo 3 del JWST contribuiranno ulteriormente a questa conoscenza.
I programmi di osservazione dei buchi neri supermassicci del Ciclo 3 del JWST includono lo studio dei quasar nell’universo primordiale e la natura dei primi buchi neri. Gli scienziati sperano di capire come questi buchi neri possano aver influenzato la crescita delle galassie nel corso di miliardi di anni.
Le osservazioni del JWST dei buchi neri supermassicci nell’universo primordiale potrebbero anche rivelare come questi titani cosmici siano cresciuti fino alle enormi masse osservate dagli scienziati, prima ancora che l’universo avesse 1 miliardo di anni. A tale domanda si può rispondere utilizzando il MIRI per indagare se una gigantesca nube molecolare che esisteva circa 13,2 miliardi di anni fa potrebbe essere collassata direttamente, dando vita a un “seme di buco nero pesante” che spiegherebbe un meccanismo di crescita rapida.
Xavier Calmet è un ricercatore dell’Università del Sussex che studia l’intersezione tra buchi neri e meccanica quantistica. Ha detto a Space.com di essere particolarmente entusiasta di vedere il JWST concentrarsi sui buchi neri supermassicci e sugli AGNS.
“I progetti JWST Cycle 3 sono molto entusiasmanti”, ha spiegato Calmet. “Dati i miei interessi di ricerca, sono particolarmente ansioso di vedere cosa impareremo sui buchi neri.”
Il telescopio spaziale James Webb diventa grande
Uno dei ruoli principali del JWST è indagare sugli oggetti nell’universo primordiale. Il potente telescopio spaziale ha questa capacità perché l’espansione dell’universo allunga le lunghezze d’onda della luce proveniente da oggetti distanti mentre questa luce viaggia verso di noi, spostando le lunghezze d’onda verso “l’estremità rossa” dello spettro elettromagnetico.
Più a lungo la luce ha viaggiato per raggiungerci, più la luce è diventata spostata verso il rosso. Ciò significa che la luce che viaggia da circa 12 miliardi di anni è estremamente spostata verso il rosso, fino alla regione dell’infrarosso dello spettro elettromagnetico e al di fuori della gamma visibile che possiamo vedere ad occhio nudo. In effetti, la luce infrarossa è invisibile per noi. Il JWST, tuttavia, è in grado di osservare questa luce infrarossa e quindi aiuta a studiare le prime stelle e le prime galassie, cosa che continuerà a fare nel 2025 con diversi progetti Cycle 3 GO.
Luz Angela Garcia è una cosmologa dell’Universidad ECCI in Columbia che si concentra su come l’energia oscura espande il cosmo a un ritmo accelerato, il che a sua volta aiuta nelle indagini sull’evoluzione dell’universo. È particolarmente entusiasta dei progetti GO che esamineranno un’era dell’evoluzione cosmica chiamata epoca della reionizzazione, avvenuta circa 500 milioni di anni dopo il Big Bang.
Durante questo periodo, gli atomi neutri di idrogeno che popolavano il cosmo furono ionizzati da radiazioni che strapparono via i loro elettroni e li lasciarono come idrogeno ionizzato, o ioni idrogeno. Lo studio delle galassie ad alto spostamento verso il rosso può rivelare di più su questa fase cruciale dell’evoluzione cosmica, compreso il modo in cui le prime galassie agirono come fonte di questa radiazione ionizzante.
“Alcune delle proposte che catturano il mio interesse sono ‘Comprendere la formazione delle galassie all’alba cosmica’, ‘Venti galattici nell’Universo primordiale’ e ‘Vivo o morto? Svelare la natura delle galassie massicce nell’Universo primordiale'”, ha detto Garcia a Space. com. “Tutti questi progetti accettati cercano di identificare e caratterizzare le galassie che sono i motori dell’epoca della reionizzazione.
“La maggior parte di queste proposte si concentrano sullo studio delle proprietà delle prime galassie nell’universo: sistemi con spostamento verso il rosso molto elevato che necessitano di conferma spettroscopica.”
Questa è solo la punta dell’iceberg celeste per quanto riguarda la gamma di argomenti che i progetti Cycle 3 GO copriranno. Tra il 2024 e il 2025, gli astronomi punteranno anche i telescopi sulle stelle distanti per comprendere meglio la fisica e le popolazioni stellari, oltre a esaminare il gas esistente tra le stelle che può diventare gli elementi costitutivi della prossima generazione di stelle e pianeti.
Sebbene il JWST sia stato progettato pensando allo studio di oggetti distanti, il Ciclo 3 vedrà anche l’osservatorio utilizzato per studiare i corpi all’interno del nostro sistema solare. Questi includeranno la ricerca della fonte dei pennacchi di gas provenienti dalla luna di Saturno Encelado, lo studio della dinamica degli anelli di Urano e la caratterizzazione degli oggetti ghiacciati che esistono nella fascia di Kuiper, ai margini del sistema solare.
Guardando oltre il Ciclo 3 del JWST, il bando per le proposte GO del Ciclo 4 uscirà il 1° agosto 2024, con una scadenza fissata per il 16 ottobre di quest’anno. La revisione del Comitato di assegnazione del telescopio (TAC) del Ciclo 4 si svolgerà tra il 3 e il 12 febbraio 2025, con le selezioni rivelate intorno al 5 marzo del prossimo anno. I programmi JWST Cycle 4 GO inizieranno quindi a effettuare osservazioni del cosmo il 1 luglio 2025.
Un elenco completo dei programmi JWST del Ciclo 3 accettati è disponibile sul sito web STScI.
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