NASA/ESA/CSA James Webb-romteleskopet blir ofte referert til som etterfølgeren til NASA/ESA Hubble-romteleskopet. Faktisk er det etterfølgeren til mye mer. Med inkluderingen av Mid-Infrared Instrument (MIRI), ble Webb også etterfulgt av infrarøde romteleskoper som ESAs Space Infrared Observatory (ISO) og NASAs Spitzer Space Telescope.
I det mellom-infrarøde området er universet veldig forskjellig fra det vi er vant til å se med øynene våre. Midt-infrarødt, som strekker seg fra 3 til 30 mikrometer, oppdager himmellegemer med temperaturer mellom 30 og 700º C. I denne modusen lyser nå objekter som ser mørke ut i bilder med synlig lys, sterkt.
"Dette er et veldig interessant bølgelengdeområde når det gjelder kjemien som kan gjøres og hvordan du kan forstå prosessen med stjernedannelse og hva som skjer i kjernene til galakser," sier Gillian Wright, hovedetterforsker i det europeiske konsortiet som utviklet MIRI instrument. - Våre første virkelige mellominfrarøde glimt av plass ble oppnådd med ISO, som opererte fra november 1995 til oktober 1998. Da Spitzer ankom bane i 2003, gjorde han ytterligere fremgang ved lignende bølgelengder. Både ISO- og Spitzer-funnene har fremhevet behovet for mid-infrarøde evner med større innsamlingsområder for bedre følsomhet og vinkeloppløsning for å løse mange viktige spørsmål innen astronomi."
Jillian og andre begynte å drømme om et instrument som kunne se det midt-infrarøde i levende detaljer. Dessverre for dem så ESA og NASA de kortere bølgelengdene til det nær-infrarøde som Webbs primære mål. ESA ledet utviklingen av et nær-infrarødt spektrometer kalt NIRSpec, mens NASA tok sikte på et termisk kamera kalt NIRCam.
Uavskrekket, da ESA annonserte en oppfordring til søknader om å studere dets nær-infrarøde spektrometer, så Jillian og hennes kolleger en mulighet. «Jeg ledet et team som sendte et ganske dristig svar. Den sa at vi skulle studere den nær-infrarøde spektrografen, men vi ville også ha en ekstra kanal som ville håndtere alle disse mid-infrarøde vitenskapsstudiene. Og vi presenterte en vitenskapelig sak for hvorfor midt-infrarød astronomi ville være fantastisk på Webb, sier hun.
Selv om teamet hennes ikke vant den spesielle kontrakten, bidro det dristige trekket til å heve profilen til mellominfrarød astronomi i Europa, og hun ble selv invitert til å representere disse vitenskapelige interessene i en annen ESA-studie som undersøkte kapasiteten til europeisk industri til å bygge infrarøde instrumenter . Med støtte fra akademiske institusjoner fra hele Europa, ble en del av denne forskningen viet til instrumenter i det mellom-infrarøde området.
Resultatene var så oppmuntrende, som resultatene fra parallelle studier ledet av USA, at interessen for en slik enhet ble enda større. Etter å ha samlet en internasjonal gruppe av forskere og ingeniører i Europa som er villige og i stand til å designe og bygge instrumentet – og, avgjørende, samle inn penger for å gjøre det – oppmuntret og overbeviste Jillian og hennes kolleger gradvis ESA og NASA om å inkludere det i Webb-programmet.
Å utvide europeisk lederskap på denne måten å jobbe på til feltet internasjonalt samarbeid med USA, til NASAs flaggskipoppdrag, hvor instrumentfremstillingskulturen er så annerledes, var ikke en garantert suksessoppskrift. "Den største frykten var at denne kompleksiteten ville være den største trusselen mot instrumentet," sier José Lorenzo Alvarez, leder for MIRI-instrumentet i ESA. Men risikoen betalte seg.
I tillegg til å tiltrekke seg egne midler, mottok konsortiet enda en advarsel: instrumentet skulle ikke påvirke Webbs driftstemperaturer og optikk. Med andre ord vil teleskopet forbli optimalisert for nær-infrarøde instrumenter, og MIRI vil ta det det kan få. Dette ville begrense instrumentets ytelse utover ti mikrometer, men for Jillian var det en liten pris å betale.
En av de største teknologiske hindringene var at MIRI måtte operere ved lavere temperatur enn nær-infrarøde instrumenter. Dette ble oppnådd ved hjelp av en kryokjølermekanisme levert av NASAs Jet Propulsion Laboratory. For å være følsom for mellominfrarøde bølger, opererer MIRI ved en temperatur på ca. -267°C.
Dette er lavere enn Plutos gjennomsnittlige overflatetemperatur på rundt 40 Kelvin (-233°C). Tilfeldigvis er dette temperaturen som andre instrumenter og teleskopet fungerer ved. Begge temperaturene er ekstremt lave, men på grunn av denne forskjellen ville varme fra teleskopet fortsatt sive inn i MIRI når det ble festet til teleskopet hvis de ikke var termisk isolert fra hverandre.
En annen utfordring var den begrensede plassen som var tilgjengelig for instrumentet på teleskopet. Dette var enda vanskeligere fordi MIRI var ment å være to instrumenter i ett – et bildeapparat og et spektrometer. Dette krevde noe smart designarbeid.
Selv etter at instrumentet var ferdigstilt og levert til NASA for integrasjon med resten av teleskopet, sto teamet overfor enda flere utfordringer.
Det ekstremt komplekse teleskopet tok lengre tid å bygge enn noen kunne ha forestilt seg, noe som betyr at MIRI og andre instrumenter må forbli på jorden mye lenger enn opprinnelig planlagt.
Så, juledag 2021, leverte ESAs Ariane 5 bærerakett romfartøyet i bane i en perfekt oppskyting. I løpet av de følgende ukene og månedene forberedte bakketeam teleskopet og dets instrumenter og overleverte dem til forskerne. Sammen med andre instrumenter sender MIRI nå data som forskerne bare har drømt om.
MIRI-data var mye omtalt i de tidligste Webb-bildene, inkludert "fjellene" og "dalene" i Carina-tåken, den interagerende galaksegruppen Stefan Quintet og den sørlige ringtåken. Etterfølgende bilder fortsatte å heve standarden når det gjelder både skjønnhet og vitenskap. Men fordi MIRI er et så stort fremskritt fra et hvilket som helst tidligere mid-infrarødt instrument, heves baren også når det gjelder bildetolkningsmuligheter.
Men dette er essensen av avansert vitenskap, og astronomer skynder seg allerede med å utvikle mer detaljerte datamodeller som kan fortelle dem mer om de ulike fysiske prosessene som gjør at data vises i det mellom-infrarøde området.
MIRI, sammen med andre verktøy på nettet, har potensialet til å fremme ethvert felt innen astronomi. Dette er den typen transformativ vitenskap som bare blir mulig gjennom en betydelig utvidelse av mulighetene. Og det er et godt vitnesbyrd om teamarbeidet og det internasjonale samarbeidet som ble brukt til å bygge teleskopet generelt, og MIRI spesielt.
Du kan hjelpe Ukraina med å kjempe mot de russiske inntrengerne. Den beste måten å gjøre dette på er å donere midler til Ukrainas væpnede styrker gjennom Redd livet eller via den offisielle siden NBU.
Les også:
- Hubble oppdaget et par Gerbig-Aro-objekter i stjernebildet Orion
- James Webb-teleskopet skal studere beboelige eksoplaneter