Alle 16:30 italiane di martedì 12 luglio, durante una trasmissione in diretta, la NASA ha annunciato il rilascio ufficiale delle prime 5 immagini a colori del telescopio spaziale James Webb. Sono risultati che seguono a mesi di test della strumentazione e ad esse sono allegati i primi veri e propri dati spettroscopici su cui la comunità scientifica potrà lavorare d’ora in avanti.

In questo articolo guardiamo insieme le 4 straordinarie immagini mostrate oggi, a cui si aggiunge il First Deep Field di Webb presentato dal Presidente Biden nella tarda serata italiana dell’11 luglio, che ci mostrano l’Universo come non l’avevamo mai visto.

L’esopianeta WASP-96b (analisi spettrale)

Situato nella costellazione della Fenice, WASP-96 b si trova a 1.150 anni luce da noi. È un pianeta grande metà di Giove e molto caldo, che orbita in tre giorni e mezzo attorno alla sua stella simile al Sole. Il 21 giugno, il Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) di Webb ha misurato la luce del sistema WASP-96 per 6,4 ore mentre il pianeta si muoveva attraverso la stella. I risultati sono:

• Una curva di luce che mostra l’oscuramento complessivo della luce stellare durante il transito. Essa conferma le proprietà del pianeta che erano già state determinate.
• Uno spettro di trasmissione che rivela la variazione di luminosità infrarossa tra 0,6 e 2,8 micron. Lo spettro mostra dettagli precedentemente nascosti dell’atmosfera: la firma inequivocabile dell’acqua, le indicazioni della foschia e l’evidenza di nubi che si pensava non esistessero in base alle osservazioni precedenti.

Lo spettro di trasmissione si ottiene confrontando la luce stellare filtrata attraverso l’atmosfera di un pianeta che si muove attraverso la stella con quella non filtrata. Lo spettro di WASP-96 b catturato da NIRISS di Webb è il più dettagliato spettro di trasmissione nel vicino infrarosso dell’atmosfera di un esopianeta.

I ricercatori potranno usare lo spettro per misurare la quantità di vapore acqueo nell’atmosfera, limitare l’abbondanza di vari elementi come il carbonio e l’ossigeno e stimare la temperatura dell’atmosfera in profondità. Potranno quindi utilizzare queste informazioni per fare inferenze sulla composizione complessiva del pianeta e su come, quando e dove si è formato.

La nebulosa Anello Meridionale

Due strumenti a bordo di Webb hanno catturato l’immagine della nebulosa planetaria catalogata come NGC 3132 e nota informalmente come Nebulosa Anello Meridionale. Si trova a circa 2.500 anni luce di distanza da noi e a formarla sono due stelle bloccate in un’orbita stretta. La prima è una stella morente che espelle gas e polvere, in orbita con una stella più giovane. Quest’ultima sta contribuendo a modificare la forma degli intricati anelli di questa nebulosa creando turbolenze.

Le immagini all’infrarosso di Webb mostrano dettagli senza precedenti di questo complesso sistema. Le stelle sono evidenti nell’immagine della NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb (a sinistra), mentre MIRI (Mid-Infrared Instrument) mostra per la prima volta che la seconda stella è circondata da polvere (immagine a destra).

Ogni “guscio” rappresenta un episodio in cui la stella più debole ha perso parte della sua massa. I gusci di gas più ampi verso le aree esterne dell’immagine sono stati espulsi prima, quelli più vicini alla stella sono i più recenti. Tracciare queste espulsioni permette ai ricercatori di esaminare la storia del sistema, misurando con precisione il gas e la polvere presenti al loro interno.

Le osservazioni effettuate con NIRCam rivelano anche raggi di luce estremamente sottili intorno alla nebulosa planetaria. La luce stellare delle stelle centrali fuoriesce dai punti in cui ci sono dei buchi nel gas e nella polvere, come la luce del sole attraverso le fessure di una nuvola. Di seguito un confronto rispetto alla stessa nebulosa catturata da Hubble.

Il quintetto di Stephan

Il Webb rivela le galassie del Quintetto di Stephan sotto una luce completamente nuova. Questo enorme mosaico, costruito a partire da quasi 1.000 immagini singole, copre circa un quinto del diametro della Luna (vista dalla Terra) ed è l’immagine più grande finora realizzata da Webb. Grazie alla visione a infrarossi e all’altissima risoluzione spaziale, Webb mostra dettagli mai visti prima, come ammassi scintillanti di milioni di giovani stelle, e regioni di esplosione di stelle appena nate, ampie code di gas, polvere e stelle trascinate a causa delle interazioni gravitazionali.

Le informazioni di Webb forniscono nuovi spunti su come le interazioni galattiche possano aver guidato l’evoluzione delle galassie nell’Universo primordiale. Gruppi stretti come questo potrebbero essere stati più comuni allora, quando il loro materiale surriscaldato e in infusione potrebbe aver alimentato buchi neri molto energetici chiamati quasar.

La galassia più alta del gruppo (NGC 7319) ospita un nucleo galattico attivo, un buco nero supermassiccio di 24 milioni di volte la massa del Sole. Sta attivamente aspirando materiale ed emette un’energia luminosa equivalente a 40 miliardi di Soli. Webb ha studiato il nucleo galattico attivo nei minimi dettagli con lo spettrografo nel vicino infrarosso (NIRSpec) e lo strumento per il medio infrarosso (MIRI). Ha attraversato la coltre di polvere che circonda il nucleo per rivelare il gas caldo vicino al buco nero attivo e visto i flussi spinti dal buco nero con un livello di dettaglio mai visto prima.

Di seguito un confronto fra l’immagine di Webb e quella di Hubble del Quintetto di Stephan.

La nebulosa della Carena

E infine, è spettacolare l’immagine apparentemente tridimensionale catturata nella luce infrarossa dal Webb della nebulosa della Carena, che rivela per la prima volta aree di nascita stellare precedentemente invisibili. Chiamata “scogliera cosmica”, l’immagine sembra mostrare un profilo scosceso di montagne, mentre in realtà ritrae il bordo della gigantesca cavità gassosa all’interno della nebulosa.

La radiazione ultravioletta delle giovani stelle sta scolpendo la parete della nebulosa, erodendola lentamente. Il “vapore” che sembra salire dalla “scogliera” è in realtà gas caldo e ionizzato e polvere calda che si allontana dalla nebulosa a causa dell’incessante radiazione.

Webb rivela regioni di formazione stellare emergenti e singole stelle che sono completamente nascoste nelle immagini a luce visibile. I getti protostellari, che emergono chiaramente nell’immagine, partono da alcune di queste giovani stelle. Le sorgenti più giovani appaiono come punti rossi nella regione scura e polverosa della nube.

Situata a circa 7.600 anni luce di distanza, NGC 3324 è stata ripresa dalla NIRCam e dal MIRI. La prima, con la sua risoluzione nitida e la sua sensibilità senza pari, svela centinaia di stelle precedentemente nascoste e persino numerose galassie di sfondo. Nella visione di MIRI, le giovani stelle e i loro dischi polverosi che si formano sui pianeti brillano intensamente nel medio infrarosso, apparendo di colore rosa e rosso. Invece la polvere calda, gli idrocarburi e altri composti chimici sulla superficie delle creste brillano, dando l’aspetto di rocce frastagliate.

Cosa dobbiamo aspettarci nelle prossime immagini di Webb?

Le prime immagini del Webb sono semplicemente magnifiche. Ritraggono un cosmo tanto più vasto di quanto potevamo anche solo immaginare, e si spingono laddove mai nessuno è arrivato. Studi futuri sui dati da oggi disponibili forniranno risposte ad alcune delle più grandi domande dell’umanità nei confronti dell’Universo.

Tutto questo è stato reso possibile da decenni di progettazione e costruzione, test e accorgimenti che hanno permesso di lanciare il telescopio spaziale più grande mai concepito dall’uomo. I risultati che oggi vediamo arrivano come gran finale di un progetto che coinvolge le migliaia di responsabili di un enorme lavoro. Eppure questo è solo l’inizio: il meglio deve ancora venire.

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