Prošle su tri godine otkako je čovječanstvo dobilo novi, snažniji pogled u svemir, prozor u infracrveno carstvo koje je do sada bilo uglavnom skriveno od naših očiju. Od srpnja 2022. godine, svemirski teleskop James Webb, nasljednik legendarnog Hubblea i tehnološko čudo bez presedana, neumorno promatra kozmos. Njegova izvanredna sposobnost detekcije i analize infracrvenog svjetla, nevidljivog ljudskom oku, omogućuje znanstvenicima da svjedoče prizorima koji su donedavno bili samo plod teorijskih razmatranja. Webb ne samo da ispunjava obećanja s kojima je lansiran – on ih nadmašuje do te mjere da astronomi jedva pronalaze riječi kojima bi opisali bujicu novih podataka. U samo tri godine, ovaj je opservatorij promijenio naše razumijevanje svega, od najudaljenijih galaksija na rubu vidljivog svemira do našeg vlastitog kozmičkog susjedstva, Sunčevog sustava.

Izgrađen s misijom da iznova napiše udžbenike astronomije, Webb je već sada pokrenuo pravu znanstvenu revoluciju. Do danas je uspješno dovršio više od 860 znanstvenih programa, pri čemu je otprilike četvrtina njegovog operativnog vremena posvećena snimanju zapanjujućih slika, a dominantne tri četvrtine spektroskopiji – detaljnoj analizi svjetlosti koja otkriva kemijski sastav, temperaturu i kretanje nebeskih objekata. Količina prikupljenih podataka je monumentalna: gotovo 550 terabajta informacija rezultiralo je s više od 1600 objavljenih znanstvenih radova. Svaki od tih radova donosi fascinantne rezultate, ali i otvara niz novih, još dubljih pitanja. U nastavku donosimo deset kozmičkih iznenađenja koja nam je Webb otkrio, a koja su fundamentalno promijenila naš pogled na svemir.

Revolucija u razumijevanju rane svemirske zore

Jedan od primarnih znanstvenih ciljeva teleskopa Webb bio je zaviriti u "kozmičku zoru", razdoblje unutar prve milijarde godina nakon Velikog praska, kada su se formirale prve zvijezde i galaksije. Očekivanja su bila skromna – znanstvenici su se nadali ugledati tek pokoju blijedu, nerazvijenu galaksiju, svojevrsne kozmičke embrije koji bi tek nagovijestili buduće veličanstvene strukture poput našeg Mliječnog puta. No, ono što je Webb ugledao bilo je sve samo ne skromno. Umjesto očekivanih, tek nazirućih, slabih galaksija, Webb je otkrio iznenađujuće sjajne, masivne i dobro strukturirane galaksije koje su postojale već unutar prvih 300 milijuna godina nakon Velikog praska. Pronašao je galaksije s crnim rupama koje se čine daleko premasivnima za svoju mladu dob, što predstavlja ogroman izazov postojećim modelima rasta crnih rupa. Otkrivena je čak i galaksija nalik Mliječnom putu u svom djetinjstvu, koja je postojala kada je svemir bio star samo 600 milijuna godina. Neka od ovih otkrića, poput onih iz programa JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey), pokazala su da su neke galaksije već "ugasle" i prestale formirati zvijezde unutar prve milijarde godina, dok su se druge, unutar 1.5 milijardi godina, razvile u kompleksne spiralne galaksije "velikog dizajna", kakve viđamo u današnjem svemiru. Iako se stotine milijuna godina mogu činiti kao dugo razdoblje, u kontekstu 13.8 milijardi godina starosti svemira, to je ekvivalentno razvoju koji se odigrao u prvih nekoliko tjedana kozmičke godine. Te prve galaksije munjevito su stvarale generacije zvijezda, obogaćujući mladi svemir težim elementima koji su temelj svega što danas poznajemo.

Enigmatične "Male crvene točkice" rasute dubokim svemirom

Webbova oštra infracrvena vizija otkrila je potpuno novu klasu nebeskih objekata: daleku populaciju misteriozno kompaktnih, svijetlih i izrazito crvenih galaksija koje su astronomi prozvali "Male crvene točkice" (Little Red Dots). Njihova pojava postavlja brojna pitanja. Što ih čini tako sjajnima i crvenima? Je li njihova svjetlost posljedica iznimno gustih skupina neuobičajeno sjajnih zvijezda, ili pak plina koji se vrtoglavo obrušava u supermasivnu crnu rupu u njihovom središtu, ili možda kombinacija oba fenomena? Njihova povijest je također zagonetna. Čini se da su se ove "točkice" pojavile u svemiru otprilike 600 milijuna godina nakon Velikog praska, prije otprilike 13.2 milijarde godina, da bi njihov broj naglo opao manje od milijardu godina kasnije. Jesu li evoluirale u nešto drugo? Ako jesu, kako? Webb trenutno provodi detaljnija istraživanja ovih objekata kako bi pružio odgovore na ova intrigantna pitanja.

Potvrda "Hubbleove napetosti": Pulsirajuće zvijezde i trostruka supernova

Koliko se brzo svemir širi? Ovo naizgled jednostavno pitanje jedno je od najvećih misterija moderne kozmologije, jer različite metode mjerenja stope širenja daju različite rezultate. Ta nesuglasica poznata je kao "Hubbleova napetost". Postavlja se ključno pitanje: jesu li te razlike samo posljedica grešaka u mjerenju ili se u svemiru događa nešto fundamentalno što još ne razumijemo? Webbovi dosadašnji podaci snažno upućuju na to da problem nije u greškama mjerenja. Teleskop je, zahvaljujući svojoj nevjerojatnoj razlučivosti, uspio jasno razlučiti pulsirajuće zvijezde (Cefeide) od susjednih zvijezda u gusto naseljenim područjima, osiguravajući da mjerenja udaljenosti nisu "kontaminirana" dodatnom svjetlošću. Nadalje, Webb je otkrio udaljenu, gravitacijski lećenu supernovu čija se slika pojavljuje na tri različita mjesta i u tri različita vremena tijekom njene eksplozije. Izračunavanje stope širenja na temelju sjaja supernove u te tri točke pruža neovisnu provjeru mjerenja dobivenih drugim tehnikama. Sve dok se pitanje Hubbleove napetosti ne riješi, Webb će nastaviti s preciznim mjerenjima različitih objekata, istražujući nove metode i produbljujući misterij.

Iznenađujuće bogate i raznolike atmosfere plinovitih divova

Iako je svemirski teleskop Hubble prvi detektirao plinove u atmosferi egzoplaneta – planeta izvan našeg Sunčevog sustava – Webb je ta istraživanja podigao na potpuno novu, nezamislivu razinu. Njegova spektroskopska analiza otkrila je bogat koktel kemikalija u atmosferama dalekih svjetova, uključujući sumporovodik, amonijak, ugljikov dioksid, metan i sumporov dioksid. Nijedan od ovih spojeva nikada prije nije bio jasno detektiran u atmosferi izvan našeg sustava. Webb je također omogućio proučavanje egzotičnih klima plinovitih divova kao nikada prije. Primjerice, na vrućem, napuhanom plinovitom divu WASP-17 b, detektirao je pahuljice "snijega" od silicijevog dioksida (kvarca) u oblacima. Na planetu WASP-39 b izmjerio je razlike u temperaturi i oblačnom pokrivaču između trajne jutarnje i večernje strane planeta, pružajući uvid u dinamiku globalne cirkulacije na svjetovima koji su vječno okrenuti jednom stranom prema svojoj zvijezdi.

Stjenoviti svijet lave s mogućom atmosferom

Detektirati, a kamoli analizirati, tanak sloj plina koji okružuje mali stjenoviti planet, iznimno je težak zadatak. Ipak, Webbova izvanredna sposobnost mjerenja suptilnih promjena u sjaju infracrvenog svjetla čini to mogućim. Do sada je teleskop uspio isključiti postojanje značajne atmosfere na nekoliko stjenovitih planeta. Međutim, na planeti 55 Cancri e, svijetu prekrivenom oceanom lave koji kruži oko zvijezde slične Suncu na udaljenosti od 40 svjetlosnih godina, pronašao je intrigantne naznake ugljikovog monoksida ili dioksida. Vodeća hipoteza je da bi ovaj planet mogao imati sekundarnu atmosferu, koju neprekidno napaja plin koji isparava s njegove užarene, lavom prekrivene površine. Ovakvim otkrićima Webb postavlja temelje za budući NASA-in opservatorij, Habitable Worlds Observatory, koji će biti prva misija specifično dizajnirana za izravno snimanje i potragu za znakovima života na planetima sličnim Zemlji oko zvijezda sličnih Suncu.

Otkrivanje koštanog skeleta obližnjih spiralnih galaksija

Odavno znamo da su galaksije kozmički gradovi sastavljeni od zvijezda, planeta, prašine, plina, tamne tvari i crnih rupa – mjesta gdje se zvijezde rađaju, žive, umiru i recikliraju u sljedeću generaciju. No, nikada do sada nismo mogli vidjeti strukturu galaksije i interakcije između zvijezda i njihovog okoliša u tako očaravajućim detaljima. Webbova infracrvena vizija prodire kroz oblake prašine koji zaklanjaju pogled drugim teleskopima i otkriva "koštanu" strukturu galaksija. Vidimo filamente prašine koji prate spiralne krakove, stara zvjezdana jata koja čine galaktičke jezgre, tek formirane zvijezde još uvijek obavijene gustim čahurama užarenog plina i prašine, te nakupine vrućih mladih zvijezda koje svojim zračenjem i vjetrovima "klešu" ogromne šupljine u okolnom materijalu. Snimke poput one Fantomske galaksije (M74/NGC 628) jasno pokazuju kako zvjezdani vjetrovi i eksplozije supernova aktivno preoblikuju svoje galaktičke domove.

Tanka granica između smeđeg patuljka i odbjeglog planeta

Smeđi patuljci su objekti koji se formiraju poput zvijezda, ali nisu dovoljno masivni i vrući da bi u svojim jezgrama pokrenuli nuklearnu fuziju vodika, proces koji definira zvijezde. S druge strane, "odbjegli planeti" formiraju se poput drugih planeta unutar sustava, ali su naknadno izbačeni iz njega i sada lutaju svemirom bez matične zvijezde. Webb je uočio stotine objekata nalik smeđim patuljcima u Mliječnom putu, a čak je detektirao i neke kandidate u susjednoj galaksiji. Problem je što su neki od tih objekata iznimno mali – samo nekoliko puta masivniji od Jupitera – što otežava razumijevanje njihovog nastanka. Jesu li to zapravo slobodno lebdeći plinoviti divovi? Koja je najmanja količina materijala potrebna za formiranje smeđeg patuljka ili zvijezde? Još nismo sigurni, ali zahvaljujući trogodišnjim promatranjima Webb teleskopom, sada znamo da postoji kontinuum objekata od planeta preko smeđih patuljaka do zvijezda, s nejasnim granicama među njima.

Mogu li planeti preživjeti smrt svoje zvijezde?

Kada zvijezda poput našeg Sunca dođe do kraja svog života, ona se napuhne u fazu crvenog diva, postajući dovoljno velika da proguta obližnje planete. Nakon toga, odbacuje svoje vanjske slojeve, ostavljajući za sobom super-vruću jezgru poznatu kao bijeli patuljak. Postoji li "sigurna udaljenost" na kojoj planeti mogu preživjeti ovaj kataklizmički proces? Webb je možda pronašao odgovor. Otkrio je nekoliko kandidata za planete koji kruže oko bijelih patuljaka. Ako se potvrdi da su to zaista planeti, to bi značilo da je moguće da planetarni sustavi, ili barem njihovi vanjski dijelovi, prežive smrt svoje zvijezde, nastavljajući kružiti oko polako hladećeg zvjezdanog žara. To otvara fascinantne mogućnosti o dugoročnoj sudbini planetarnih sustava.

Enceladova fontana napaja Saturnov sustav vodom

Među ledenim "oceanima svjetova" našeg Sunčevog sustava, Saturnov mjesec Encelad možda je najintrigantniji. NASA-ina misija Cassini prva je detektirala gejzire vodene pare koji izbijaju s njegovog južnog pola. Međutim, tek je Webb uspio otkriti stvarne razmjere tih mlazova. Promatranja su pokazala da se radi o ogromnom oblaku vodene pare koji se proteže na više od 9.600 kilometara, što je gotovo 20 puta šire od samog Encelada. Ta voda se širi i formira torus, prsten u obliku krafne, koji okružuje Saturn izvan njegovih poznatih vidljivih prstenova. Dok manji dio vode ostaje u tom torusu, većina se raspršuje po cijelom Saturnovom sustavu, pa čak i "pada kao kiša" na sam planet. Webbova jedinstvena promatranja prstenova, aurora, oblaka, vjetrova i drugih fenomena u Sunčevom sustavu pomažu nam da bolje razumijemo od čega je sačinjeno naše kozmičko susjedstvo i kako se mijenjalo tijekom vremena.

Procjena asteroida koji prijete Zemlji

Tijekom 2024. godine, astronomi su otkrili asteroid za koji su preliminarni izračuni pokazali da ima određenu šansu da udari u Zemlju. Takvi potencijalno opasni asteroidi odmah postaju fokus intenzivnog promatranja. Webb je, sa svojim jedinstvenim sposobnostima, bio u mogućnosti brzo izmjeriti objekt, za koji se ispostavilo da je veličine zgrade od 15 katova. Iako se ovaj konkretni asteroid više ne smatra prijetnjom, studija je demonstrirala Webbovu ključnu ulogu u procjeni opasnosti iz svemira. Teleskop je također pružio ključnu podršku NASA-inoj misiji DART (Double Asteroid Redirection Test), koja je namjerno sudarila letjelicu s asteroidnim sustavom Didymos, dokazujući da planirani udar može skrenuti putanju asteroida koji bi bio na kolizijskom kursu sa Zemljom. I Webb i Hubble promatrali su udar, svjedočeći oblaku izbačenog materijala. Webbova spektroskopska analiza tog materijala potvrdila je da je sastav asteroida vjerojatno tipičan za one koji bi mogli predstavljati prijetnju Zemlji, pružajući ključne podatke za buduće misije planetarne obrane.

U samo tri godine rada, Webb je izoštrio naš pogled na daleki svemir, otkrio neočekivano sjajne i brojne rane galaksije. Razotkrio je nove zvijezde u njihovim prašnjavim kolijevkama, ostatke eksplodiranih zvijezda i kosture čitavih galaksija. Proučavao je vrijeme na plinovitim divovima i tražio atmosfere na stjenovitim svjetovima. Pružio je nove uvide u stanovnike našeg vlastitog Sunčevog sustava. Ali ovo je tek početak. Inženjeri procjenjuju da Webb ima dovoljno goriva za nastavak promatranja još najmanje 20 godina, što nam daje priliku da odgovorimo na dodatna pitanja, istražimo nove misterije i složimo još više dijelova kozmičke slagalice. Potražnja za vremenom promatranja na Webbu veća je nego ikad, nadmašujući bilo koji drugi teleskop u povijesti, bilo na Zemlji ili u svemiru. Koja nas nova otkrića tek čekaju?

Originalni članak objavljen je na NASA science.nasa.gov portalu.
Izvor: 3 Years of Science: 10 Cosmic Surprises from NASA’s Webb Telescope
Autor: Dr. Macarena Garcia Marin and Margaret W. Carruthers, Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland