De NASA/ESA/CSA James Webb-ruimtetelescoop wordt vaak de opvolger van de NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop genoemd. In feite is het de opvolger van veel meer. Met de opname van het Mid-Infrared Instrument (MIRI), slaagde Webb ook in infrarood-ruimtetelescopen zoals ESA's Space Infrared Observatory (ISO) en NASA's Spitzer Space Telescope.
In het midden-infraroodbereik is het universum heel anders dan wat we gewend zijn met onze ogen te zien. Midden-infrarood, dat zich uitstrekt van 3 tot 30 micrometer, detecteert hemellichamen met temperaturen tussen 30 en 700º C. In deze modus lichten objecten die er donker uitzien in zichtbaar lichtbeelden nu helder op.
"Dit is een zeer interessant golflengtebereik in termen van de chemie die kan worden gedaan en hoe je het proces van stervorming en wat er in de kernen van sterrenstelsels gebeurt kunt begrijpen", zegt Gillian Wright, hoofdonderzoeker van het Europese consortium dat de MIRI-instrument. - Onze eerste echte mid-infrarode glimpen van de ruimte werden verkregen met ISO, dat werkte van november 1995 tot oktober 1998. Spitzer kwam in 2003 in een baan om de aarde en boekte verdere vooruitgang op vergelijkbare golflengten. Zowel de ISO- als de Spitzer-ontdekkingen hebben de behoefte aan mid-infraroodmogelijkheden met grotere verzamelgebieden voor een betere gevoeligheid en hoekresolutie benadrukt om veel belangrijke vragen in de astronomie aan te pakken."
Jillian en anderen begonnen te dromen van een instrument dat het midden-infrarood in levendige details kon zien. Helaas voor hen zagen ESA en NASA de kortere golflengten van het nabij-infrarood als het primaire doelwit van Webb. ESA leidde de ontwikkeling van een nabij-infraroodspectrometer genaamd NIRSpec, terwijl NASA streefde naar een warmtebeeldcamera genaamd NIRCam.
Onverschrokken, toen ESA een oproep aankondigde voor toepassingen om zijn nabij-infraroodspectrometer te bestuderen, zagen Jillian en haar collega's een kans. "Ik leidde een team dat nogal gedurfd reageerde. Er stond dat we de nabij-infraroodspectrograaf zouden bestuderen, maar we zouden ook een extra kanaal hebben dat al deze mid-infraroodwetenschappelijke studies zou afhandelen. En we presenteerden een wetenschappelijk argument waarom mid-infraroodastronomie fantastisch zou zijn op Webb,' zegt ze.
Hoewel haar team dat specifieke contract niet binnenhaalde, hielp de gedurfde stap het profiel van midden-infraroodastronomie in Europa te vergroten, en ze werd zelf uitgenodigd om die wetenschappelijke belangen te vertegenwoordigen in een ander ESA-onderzoek naar de capaciteit van de Europese industrie om infraroodinstrumenten te bouwen . Met de steun van academische instellingen uit heel Europa werd een deel van dit onderzoek gewijd aan instrumenten in het midden-infraroodbereik.
De resultaten waren zo bemoedigend, net als de resultaten van parallelle onderzoeken onder leiding van de VS, dat de belangstelling voor een dergelijk apparaat nog groter werd. Nadat ze een internationale groep wetenschappers en ingenieurs in Europa hadden verzameld die bereid en in staat waren om het instrument te ontwerpen en te bouwen – en, cruciaal, het geld daarvoor in te zamelen – moedigden Jillian en haar collega’s ESA en NASA aan en overtuigden ze geleidelijk om het op te nemen in de Webb programma.
Het uitbreiden van het Europese leiderschap in deze manier van werken naar het gebied van internationale samenwerking met de VS, naar NASA's vlaggenschipmissie, waar de instrumentencultuur zo anders is, was geen gegarandeerd recept voor succes. "De grootste angst was dat deze complexiteit de grootste bedreiging voor het instrument zou zijn", zegt José Lorenzo Alvarez, manager van het MIRI-instrument bij ESA. Maar het risico betaalde zich uit.
Naast het aantrekken van eigen fondsen kreeg het consortium nog een waarschuwing: het instrument mag de bedrijfstemperaturen en optica van Webb niet beïnvloeden. Met andere woorden, de telescoop blijft geoptimaliseerd voor nabij-infraroodinstrumenten en MIRI zal alles aankunnen. Dit zou de prestatie van het instrument beperken tot meer dan tien micrometer, maar voor Jillian was het een kleine prijs om te betalen.
Een van de grootste technologische hindernissen was dat MIRI bij een lagere temperatuur moest werken dan nabij-infraroodinstrumenten. Dit werd bereikt met behulp van een cryokoeler-mechanisme geleverd door NASA's Jet Propulsion Laboratory. Om gevoelig te zijn voor midden-infrarode golven, werkt MIRI bij een temperatuur van ongeveer -267°C.
Dit is lager dan Pluto's gemiddelde oppervlaktetemperatuur van ongeveer 40 Kelvin (-233°C). Toevallig is dit de temperatuur waarbij andere instrumenten en de telescoop werken. Beide temperaturen zijn extreem laag, maar vanwege dit verschil zou de warmte van de telescoop nog steeds in MIRI sijpelen als het eenmaal aan de telescoop was bevestigd als ze niet thermisch van elkaar waren geïsoleerd.
Een andere uitdaging was de beperkte beschikbare ruimte voor het instrument op de telescoop. Dit was nog moeilijker omdat MIRI eigenlijk twee instrumenten in één moest zijn: een imager en een spectrometer. Dit vergde slim ontwerpwerk.
Zelfs nadat het instrument was voltooid en aan NASA was geleverd voor integratie met de rest van de telescoop, stond het team voor nog meer uitdagingen.
De bouw van de extreem complexe telescoop duurde langer dan iemand zich had kunnen voorstellen, wat betekent dat MIRI en andere instrumenten veel langer op aarde zullen moeten blijven dan oorspronkelijk gepland.
Toen, op eerste kerstdag 2021, bracht ESA's Ariane 5-draagraket het ruimtevaartuig in een perfecte lancering in een baan om de aarde. In de weken en maanden die volgden, maakten grondteams de telescoop en zijn instrumenten gereed en droegen ze over aan de wetenschappers. Samen met andere instrumenten stuurt MIRI nu data waar wetenschappers alleen maar van konden dromen.
MIRI-gegevens kwamen veelvuldig voor in de vroegste Webb-afbeeldingen, waaronder de "bergen" en "dalen" van de Carinanevel, de op elkaar inwerkende melkweggroep Stefan Quintet en de Zuidelijke Ringnevel. Latere beelden bleven de lat hoger leggen, zowel op het gebied van schoonheid als wetenschap. Omdat MIRI echter zo'n grote stap voorwaarts is ten opzichte van alle eerdere mid-infraroodinstrumenten, wordt de lat ook hoger gelegd op het gebied van beeldinterpretatiemogelijkheden.
Maar dit is de essentie van geavanceerde wetenschap, en astronomen haasten zich al om meer gedetailleerde computermodellen te ontwikkelen die hen meer kunnen vertellen over de verschillende fysieke processen die ervoor zorgen dat gegevens in het midden-infraroodbereik verschijnen.
MIRI heeft, samen met andere tools op het web, het potentieel om elk gebied van de astronomie vooruit te helpen. Dit is het soort transformatieve wetenschap dat alleen mogelijk wordt door een aanzienlijke uitbreiding van de mogelijkheden. En het is een geweldig bewijs van het teamwork en de internationale samenwerking die nodig was om de telescoop in het algemeen en MIRI in het bijzonder te bouwen.
U kunt Oekraïne helpen vechten tegen de Russische indringers. De beste manier om dit te doen is door geld te doneren aan de strijdkrachten van Oekraïne via Red het leven of via de officiële pagina NBU.
Lees ook:
- Hubble zag een paar Gerbig-Aro-objecten in het sterrenbeeld Orion
- De James Webb-telescoop gaat bewoonbare exoplaneten bestuderen