• Começa com um estrondo

O JWST é melhor do que todos esperavam - aqui está o porquê

• Telescópios de todos os tipos precisam lidar com ruídos e imperfeições de várias fontes: ruído térmico, luz difusa, poeira e muito mais.
• Embora o JWST esteja localizado no espaço, ele não está imune a essas preocupações, mas uma série de sucessos o levaram a ter um desempenho melhor do que os astrônomos mais otimistas haviam previsto.
• A principal razão é que o JWST e todas as suas ópticas e instrumentos foram mantidos mais limpos do que em qualquer outro observatório, levando-o a quase dobrar o desempenho esperado.

No dia de Natal de 2021, a astronomia mudou para sempre com o lançamento do JWST.

Em 25 de dezembro de 2021, quando o painel solar foi implantado 29 minutos após o lançamento e aproximadamente 4 minutos antes do previsto, ficou claro que o Telescópio Espacial James Webb da NASA estava operacional, recebendo energia e a caminho de seu destino final. O lançamento foi um sucesso sem igual.

Em meados de 2022, um JWST totalmente calibrado revelou suas primeiras imagens científicas.

Esta composição de imagem quase perfeitamente alinhada mostra a primeira visão de campo profundo do JWST do núcleo do cluster SMACS 0723 e a contrasta com a visão mais antiga do Hubble. A imagem JWST do aglomerado de galáxias SMACS 0723 é a primeira imagem científica colorida e multicomprimento de onda obtida pelo JWST. É a imagem mais profunda já obtida do Universo ultradistante, com 87 candidatas a galáxias ultradistantes identificadas dentro dela. Aguardam acompanhamento e confirmação espectroscópica.

Suas imagens eram nítidas, imaculadas, belas e informativas sem precedentes.

Esse contraste da visão do Hubble do Quinteto de Stephan com a visão NIRCam do JWST revela uma série de recursos que são pouco aparentes ou nada óbvios com um conjunto mais curto de comprimentos de onda mais restritivos. As diferenças entre as imagens destacam quais recursos o JWST pode revelar que o Hubble deixa passar.

Mas, em certo sentido, eles eram quase bons demais.

Esta animação mostra as vistas únicas de infravermelho próximo do JWST de Júpiter. Além das bandas, a grande mancha vermelha e a “névoa atmosférica” visível no limite diurno/noturno de Júpiter, várias luas, anéis e feições aurorais são vistas e rotuladas. Júpiter tem apenas 11,2 vezes o raio da Terra, mas tem mais de 300 vezes a gravidade da Terra, fazendo com que atraia muitos objetos para ele, mas também causando grandes efeitos perturbadores nos objetos em sua vizinhança, como o cinturão de asteroides.

As visualizações do JWST eram mais nítidas, com menos ruído, do que qualquer um havia previsto.

Esta animação de três painéis mostra três visões diferentes do centro da Galáxia Fantasma, M74 (NGC 628). A imagem colorida familiar é a visualização do Hubble (óptica), o segundo painel mostra visualizações de infravermelho próximo do Hubble e do Webb, enquanto o painel de infravermelho médio mostra a poeira quente que eventualmente formará novas estrelas posteriormente, contendo dados de JWST sozinho.

A chave era entender o porquê, para que esse sucesso sem precedentes pudesse ser repetido.

Esta animação de três painéis mostra a diferença entre 18 imagens individuais desalinhadas, essas mesmas imagens após cada segmento ter sido melhor configurado e, em seguida, a imagem final onde as imagens individuais de todos os 18 espelhos do JWST foram empilhadas e co-adicionadas. O padrão feito por essa estrela, um “floco de neve” exclusivo do JWST, só pode ser ligeiramente melhorado com uma calibração melhor.

Embora o JWST apresente muitas melhorias notáveis, um avanço foi crítico.

Os picos de difração do JWST, vistos em grande detalhe em torno da estrela 2MASS J17554042+6551277, são os mesmos picos vistos na primeira imagem de alinhamento bem-sucedida. Os dados da ciência, como evidenciado pelo glorioso detalhe das galáxias de fundo, agora estão finalmente sendo usados.

Claro, os instrumentos são incrivelmente bons, com eficiência quase perfeita de fótons.

O crioresfriador para o Instrumento de infravermelho médio (MIRI), conforme foi testado e inspecionado em 2016. Esse resfriador é essencial para manter o instrumento MIRI em cerca de ~7 K: a parte mais fria do Telescópio Espacial James Webb. Se ficar mais quente, os comprimentos de onda mais longos não retornarão nada além de ruído, pois o telescópio realmente se verá irradiando em temperaturas mais altas. O desempenho até agora não indica nenhum ruído perceptível, indicando que a equipe do instrumento fez um excelente trabalho.

O sistema de apontar e guiar, bem como a taxa de transferência de sinal, estão funcionando de maneira ideal.

O sensor de orientação fina a bordo do JWST rastreará estrelas-guia para apontar o observatório com precisão e precisão e obterá imagens de calibração em vez de imagens usadas para extrair dados científicos. Atualmente, ele está tendo um desempenho ainda melhor do que suas especificações de projeto indicam.

O telescópio é mantido suficientemente frio; a emissão térmica e o ruído do instrumento são insignificantes.

Foto de grupo dos membros do projeto do Telescópio Espacial James Webb com o Módulo Integrado de Instrumentos Científicos (ISIM) completo. Os quatro instrumentos incluídos dentro do ISIM incluem a câmera de infravermelho próximo, o espectrógrafo de infravermelho próximo, o instrumento de infravermelho médio e o sensor de orientação fina/imagem de infravermelho próximo e espectrógrafo sem fenda.

Além disso, a ótica é tão boa que a luz difusa – normalmente problemática – é insignificante.

Esta imagem aparentemente pequena é uma versão reduzida do campo de visão completo de ~ 140 megapixels examinado de forma abrangente após o JWST ter sido totalmente alinhado e calibrado. A estrela brilhante no canto inferior esquerdo da foto é a famosa “estrela de alinhamento” da primeira imagem alinhada do JWST. Praticamente não há luz difusa detectável.

Mas o maior avanço do JWST está no controle de sua PSF: função de dispersão de pontos .

Esta simulação de aberração esférica mostra como uma fonte pontual é vista por uma abertura perfeitamente esférica se o objeto estiver superfocado (esquerda), subfocado (direita) ou perfeitamente focado (centro), além de ser devidamente corrigido para comprimento de onda (linha do meio) versus sendo ligeiramente supercorrigido (linha superior) ou subcorrigido (linha inferior). A imagem extrema inferior direita mostra a aberração esférica original na câmera WFPC original do Hubble.

O JWST concentra sua luz melhor do que qualquer telescópio espacial ou terrestre de todos os tempos.

Mostrado durante uma inspeção na sala limpa em Greenbelt, Maryland, no final de 2021, o Telescópio Espacial James Webb da NASA foi fotografado no momento da conclusão. Apenas algumas semanas depois, seria lançado e implantado com sucesso, levando a um avanço sem precedentes na astronomia.

Porque? Porque - de espelhos a instrumentos - foi mantido mais limpo do que qualquer outro observatório.

O Telescópio Espacial James Webb da NASA, conforme mostrado durante uma inspeção de “luzes apagadas” após seu teste final de vibração e acústica, realizado em outubro de 2020. Tendo passado no teste final sem nenhuma bandeira vermelha ou amarela, Webb foi considerado pronto para o lançamento e, após cerca de 6 meses de implantação e calibração, começou a coletar dados científicos.

Avanços na tecnologia e manuseio de salas limpas permitiram um PSF duas vezes mais afiado do que o necessário.

Os fluxos estelares extraídos de uma das galáxias integrantes do Quinteto de Stephan brilham nesta imagem, mas ainda mais espetaculares são a rica seleção de galáxias de fundo que podem ser vistas com detalhes gloriosos atrás dos objetos próximos em primeiro plano. Com os recursos sem precedentes do JWST, os “estudos de galáxias de fundo” podem ser conduzidos como ciência extra e bônus no topo da maioria das pesquisas pretendidas realizadas com o JWST. Somente por causa de sua excelente função de dispersão de pontos (PSF) esses detalhes são tão nítidos e visíveis.

Como resultado, a ciência do JWST é mais informativa do que se esperava.

Esta imagem, uma parte de uma visão de campo amplo de Netuno tirada com o gerador de imagens NIRCam do JWST, mostra Netuno, sua lua gigante Tritão, características tênues em torno de Netuno, incluindo seus anéis e luas menores, e um punhado de galáxias de fundo e estrelas de dentro a via Láctea.

Com o combustível economizado de um lançamento quase perfeito, o JWST deve permanecer operando perfeitamente até 2044.

Sobreposta com dados (mais antigos) do Hubble, a imagem JWST NIRCam da Nebulosa do Anel do Sul é claramente superior em uma variedade de maneiras: resolução, detalhes revelados, extensão do gás externo etc. como o Sol terminam suas vidas.

Mostly Mute Monday conta uma história astronômica em imagens, visuais e não mais que 200 palavras. Fale menos; sorria mais.

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