Dinsdag 27/09/2022

Voor u uitgelegdSterrenkunde

Hoe ruimtetelescoop James Webb ons een totaal nieuwe, veelzijdige blik op het heelal toont

De eerste kosmische kleurenfoto die gemaakt is met de gloednieuwe James Webb Space Telescope. Beeld AP
De eerste kosmische kleurenfoto die gemaakt is met de gloednieuwe James Webb Space Telescope.Beeld AP

Het is de ontknoping van tientallen jaren onderzoekswerk van ruim duizend wetenschappers. De eerste beelden van de ruimtetelescoop James Webb zijn een mijlpaal in ons begrip van het heelal.

Govert Schilling

Tientallen jaren is er gewerkt aan de bouw van de grootste en duurste ruimtetelescoop in de geschiedenis, en maandenlang keken sterrenkundigen met spanning uit naar de eerste resultaten. Deze week was het eindelijk zover: de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA presenteerde dinsdagmiddag met veel tamtam de eerste kosmische kleurenfoto’s die gemaakt zijn met de gloednieuwe James Webb Space Telescope. Eén foto, van duizenden verre sterrenstelsels, was in de nacht van maandag op dinsdag al onthuld door president Joe Biden, die sprak van een “historische dag voor wetenschap en technologie, voor Amerika en voor de gehele mensheid”.

Ruimtetelescoop Webb – een samenwerkingsproject van NASA, de Europese ESA en het Canadese ruimtevaartagentschap CSA – werd op 25 december vorig jaar gelanceerd met een Europese Ariane-raket. De opvolger van de Hubble Space Telescope (die overigens zelf nog steeds operationeel is) heeft een prijskaartje van een slordige 10 miljard dollar. De komende vijftien à twintig jaar gaat hij nieuw licht werpen op de allereerste sterrenstelsels in het heelal, de geboorte en dood van sterren en planeten, en het bestaan van buitenaards leven.

De ‘early release observations’ die nu gepresenteerd zijn, bieden een verleidelijk voorproefje van de resultaten die de komende maanden en jaren verwacht mogen worden. De hoofdspiegel van Webb, die uit achttien vergulde zeshoekige segmenten bestaat, vangt ruim zeven keer zoveel licht op als die van Hubble. De nieuwe ruimtetelescoop kan daardoor veel zwakkere objecten bestuderen en veel dieper in het heelal doordringen.

Webb richt zich daarbij niet op zichtbaar licht, maar op infrarode straling. Dat maakt het mogelijk om de allereerste sterrenstelsels in de geschiedenis van het heelal te bestuderen, waarvan het licht miljarden jaren naar de aarde onderweg is geweest. De foto die Biden onthulde, toonde volgens NASA duizenden sterrenstelsels in een gebiedje aan de hemel dat niet veel groter is dan een zandkorrel op armlengte afstand.

Een technicus inspecteert de spiegels van de nieuwe ruimtetelescoop, toen die zich nog op aarde begaf. Beeld Credit: NASA/MSFC/David Higginbotham
Een technicus inspecteert de spiegels van de nieuwe ruimtetelescoop, toen die zich nog op aarde begaf.Beeld Credit: NASA/MSFC/David Higginbotham

Op infrarode golflengten zijn ook koude stofwolken ‘zichtbaar’, en kunnen sterrenkundigen zelfs door absorberend stof heen kijken, om zo een beter beeld te krijgen van het ontstaansproces van sterren. “Oud, koud en stoffig” – dat zijn volgens Ewine van Dishoeck van de Nederlandse Sterrewacht in Leiden de sleutelwoorden van het onderzoek dat met Webb wordt gedaan.

Van Dishoeck is de Europese hoofdonderzoeker van Miri, een van de vier grote waarnemingsinstrumenten van de James Webb Space Telescope. Miri (Mid-InfraRed Instrument) is grotendeels in Nederland bedacht, ontworpen en gebouwd, en werd in de zomer van 2008 al afgeleverd aan NASA. Het is een diepgekoelde combinatie van een infraroodcamera en een gevoelige spectrograaf, waarmee de opgevangen straling in detail geanalyseerd kan worden. “Miri is honderden malen gevoeliger dan eerdere infraroodinstrumenten”, aldus Van Dishoeck.

Sommige van de nieuw gepresenteerde foto’s zijn gemaakt met Miri, andere met de Amerikaanse Nircam (Near-InfraRed Camera), die metingen doet op kortere infrarode golflengten. Daarnaast heeft Webb nog een extreem gevoelige Amerikaans-Europese spectrograaf aan boord, Nirspec geheten, en een Canadees instrument dat gebruikt wordt voor het nauwkeurig richten van de ruimtetelescoop, maar waarmee ook waardevolle wetenschappelijke metingen gedaan kunnen worden.

Naast de indrukwekkende foto’s legde Webb ook het spectrum vast van een verre exoplaneet, WASP-96b – een reuzenplaneet in een baan rond een andere ster, waarvan al bekend was dat hij een wolkeloze dampkring heeft. Zo’n spectrum is in feite een chemische vingerafdruk van een hemellichaam. In de toekomst kunnen zulke metingen mogelijk uitsluitsel geven over het bestaan van buitenaardse micro-organismen.

Volgens Paul van der Werf van de Leidse Sterrewacht zijn astronomen vooral geïnteresseerd in dit soort spectroscopisch onderzoek, ook als het om andere objecten gaat, zoals nevels en sterrenstelsels. “Maar je hebt altijd ook foto’s nodig om de metingen in context te plaatsen”, zegt hij. “En dat dat dan indrukwekkende plaatjes zijn, is mooi meegenomen.”

1. Terug in de tijd

Deze lang belichte opname toont een zogeheten cluster van verre sterrenstelsels, SMACS 0723 geheten. Op de Webb-foto zijn talloze stelseltjes zichtbaar op nog veel grotere afstanden. De beeldjes van die extreem verre objecten zijn versterkt en vervormd door de zwaartekracht van de sterrenstelsels op de voorgrond. Het licht van de verste stelsels heeft er miljarden jaren over gedaan om op aarde aan te komen. Webb werkt hier dus als een tijdmachine: hij toont het heelal zoals het er miljarden jaren geleden uitzag, kort na de oerknal.

null Beeld Photo News
Beeld Photo News

2. Zwaartekrachtdans

Stephans Quintet heet deze groep van vijf sterrenstelsels op 290 miljoen lichtjaar afstand, naar de Franse astronoom Édouard Stephan, die het groepje in 1877 ontdekte. Vier van de vijf stelsels zijn gevangen in een onderlinge zwaartekrachtdans. Getijdenkrachten leiden tot het ontstaan van talloze nieuwe sterren in losgerukte en weggeslingerde slierten van gas en stof, die op de infrarode Webb-foto goed zichtbaar zijn. Uiteindelijk zullen de vier stelsels zich samenvoegen tot één kolossaal reuzenstelsel; de middelste twee zijn al bijna versmolten. Een vijfde sterrenstelsel (linksboven) staat veel dichter bij de aarde en zien we toevallig ongeveer in dezelfde richting.

null Beeld AFP
Beeld AFP

3. Kosmische kraamkamer

Het lijken geelgroene penseelstreken op een impressionistisch schilderij, maar het zijn wervelende gas- en stofwolken in de Carinanevel, op 7.600 lichtjaar afstand. In de koude, stoffige krochten van dit nevelcomplex ontstaan nieuwe, zware sterren; een geboorteproces dat door Webb in detail bestudeerd kan worden, omdat infrarode straling dwars door de meeste stofwolken heendringt. Net als op de andere Webb-foto’s zijn de kleuren niet echt (het menselijk oog kan geen infrarode straling waarnemen); met verschillende kleuren worden verschillende infrarode golflengten in beeld gebracht.

null Beeld AP
Beeld AP

4. Toekomstbeeld

De ‘zuidelijke Ringnevel’, op een afstand van ongeveer 2000 lichtjaar, is een langzaam uitdijende schil van sterrengas, duizenden jaren geleden uitgestoten door de stervende ster in het centrum. In zo’n afkoelende nevel ontstaan minuscule stofdeeltjes en verschillende moleculen, waaronder koolwaterstofverbindingen die aan de basis liggen van het leven. Over een kleine vijf miljard jaar zal ook onze eigen zon opzwellen tot een rode reuzenster en net zo’n uitdijende nevel het heelal in blazen.

null Beeld AFP
Beeld AFP

5. ‘Vingerafdruk’ van een planeet

Met het Nirspec-instrument legde Webb in ongekend detail het zogeheten spectrum vast van exoplaneet WASP-96b – een reuzenplaneet in een kleine baan rond een ster op 1.100 lichtjaar afstand. Voor elke infrarode golflengte is precies gemeten hoeveel straling er geabsorbeerd wordt door de atmosfeer van de planeet.

De resulterende grafiek geeft informatie over de samenstelling van de planeetdampkring; eerder was al ontdekt dat daarin geen wolken voorkomen. Sterrenkundigen hopen dat Webb op deze manier bij andere exoplaneten aanwijzingen zal kunnen vinden voor het bestaan van buitenaardse micro-organismen.

Hoe de James Webb-telescoop werkt

james webb Beeld DM
james webbBeeld DM
james webb Beeld DM
james webbBeeld DM
james webb Beeld DM
james webbBeeld DM
james webb Beeld DM
james webbBeeld DM
Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234