James Webb Space Telescope – update

De James Webb Space Telescope is al geruime tijd onderweg naar zijn bestemming. In deze blog vind je het laatste nieuws!

Credit JWST-foto: NASA

De James Webb Space Telescope is op 25 december 2021 gelanceerd. Telkens wordt bovenaan dit artikel het meest recente nieuws getoond. Daaronder zijn de vorige stappen te lezen, aflopend naar het moment van de lancering. Op deze site kun je meer details vinden.

12.07.2022 - De eerste echte foto!

Op 11 juli werd al een voorproefje van de kracht van de JWST vrijgegeven en deze foto was al in één woord: ONGELOOFLIJK! Deze allereerste foto is van het cluster SMACS 0723, een groep van sterrenstelsels op ongeveer 4,6 miljard lichtjaar van ons, en laat zien hoe ongelooflijk zwaar deze stelsels bij elkaar zijn. Door de enorme zwaartekracht wordt zelfs het licht van de daarachter gelegen sterrenstelsels afgebogen, wat de vreemde gebogen strepen veroorzaakt op de foto. De sterren met die enorme pieken zijn sterren van onze melkweg. Deze staan dus tussen ons en alle daarachter gelegen sterrenstelsels in. En dan te bedenken dat dit met een belichtingstijd van 12,5 uur gedaan is!

Om het nog indrukwekkender te maken: het beeldveld is te vergelijken met de grootte van een korrel zand op armlengte afstand. Dat is hoe klein het stukje aan de hemel is waar deze enorme hoeveelheid sterrenstelsels al in te zien is. 

SMAC 0723
SMACS 0723. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI

Maar het wachten was op de volgende reeks foto’s die op 12 juli vrij zijn gegeven. Het lijstje met eerste ‘targets’ was al indrukwekkend, maar de resultaten des te meer. 

Zie hier dan ook de foto’s van: de Carina Nevel, Stephan’s Quintet, de Zuidelijke Ringnevel en een scan van de atmosfeer van een exoplaneet WASP-96 b. 

Een korte uitleg: 

De WASP-96 b is een hete gas-exoplaneet met een omvang van ongeveer een halve Jupiter en draait in pakweg 3,4 dagen rond een ster en staat op ongeveer 1150 lichtjaar van ons zonnestelsel. De grafiek die gemaakt is toont de samenstelling van de atmosfeer, gemeten door een van de instrumenten aan boord van de JWST op het moment dat de exoplaneet voor de ster langs schuift. 

De Zuidelijke Ringnevel is het restant van een witte dwerg die zijn buitenste lagen heeft weggeblazen nadat de fusie van de ster is gestopt (en de ster daarmee ‘gestorven’ is). De felle ster in het midden is duidelijk nog niet zover en helpt daarmee het verder wegblazen van de gassen die dit gebied omringt. 

Stephan’s Quintet is gelijk de grootste foto die de JWST tot nu toe heeft geproduceerd. Ter vergelijking: de foto beslaat ongeveer 1/5 deel van de maan en bestaat uit 150 miljoen pixels, samengesteld uit bijna 1000 afzonderlijke foto’s. 

De foto toont zo veel details dat er eigenlijk geen beginnen aan is om het allemaal uit te leggen. Jonge sterren, gaswolken, stof en sterren die weggetrokken worden uit sterrenstelsels, schokgolven. Succes voor de wetenschappers die al die data moeten gaan analyseren!

Tot slot de Carina Nevel. Een jong gebied waar stervorming plaats vindt, met de naam NGC 3324. Dit gebied, ook wel de Cosmic Cliffs genaamd, staat op een afstand van 7600 lichtjaar. Het toont een enorm gebied waar sterren uit gevormd zijn en de ultraviolette straling en zonnewinden een flink stuk hebben weggeblazen.

Het is te veel om allemaal op te noemen en er zal nog veel meer volgen. Geïnteresseerd in alle details? Kijk dan zeker op de website van de JWST zelf: https://webbtelescope.org/news/first-images/gallery

 

 

 

 

 

Carina Nevel
Carina Nevel. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI
Zuidelijke ringnevel
Zuidelijke Ringnevel. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI
Stephan's Quintet
Stephan's Quintet. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI
WASP 96 b. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI
advertentie
advertentie

16.03.2022 - Focus bereikt

Op 16 maart is het gelukt om alle spiegels zodanig uit te lijnen dat de 18 losse segmenten zich nu als één hele spiegel gedragen. Na 3 maanden werk is de zogenaamde Fine Phasing, gedaan met de NIRcam, afgerond. In totaal waren er 5 stappen nodig om tot dit punt te komen. De eerste foto, zoals verderop al geschreven, maakte deel uit van de stappen waarbij de losse segmenten op elkaar werden uitgelijnd om tot 18 losse (maar wel in focus) plaatjes te komen. Daarna was het proces van image stacking aan de beurt. Zoals in onderstaande figuur te zien is, wordt daarbij per ring van spiegelsegmenten het beeld naar het midden gebracht totdat alle 18 spiegels het licht samenbrengen naar 1 punt.

Credit foto: NASA

De volgende stappen zijn de coarse en fine phasing. Tot dit moment zijn de 18 spiegels eigenlijk ook 18 losse telescopen. Om alles als één geheel te laten werken moeten de spiegels tot op minder dan de golflengte van licht met elkaar uitgelijnd zijn. En daar zijn deze stappen voor bedoeld. Door de individuele spiegels op en neer te bewegen wordt een zo nauwkeurig mogelijk patroon getracht te bereiken. Dit wordt 3 maal gedaan om een perfecte uitlijning te verkrijgen. Bij de fine phasing wordt eveneens 3 maal een aanpassing gedaan, echter dit maal wordt het beeld met speciale lenzen in de NIRcam telkens uit focus gebracht om te bepalen waar de resterende kleine afwijkingen in de spiegels nog zitten (-8 tot +8 golven van de-focus, zoals in onderstaande simulatie te zien). Het linker plaatje toont de grove uitlijning, waarbij het beeld zo nauwkeurig mogelijk tot een soort ‘kappers-paal’ (u weet wel, die rood-wit-blauw gedraaide palen) wordt gebracht. Het rechter plaatje toont de fijnafstelling tot het punt waarin elke spiegel exact goed staat.

Credit foto: NASA

De inmiddels bekende selfie van de spiegel is ook nu gebruikt en laat zien dat in plaats van 1 spiegel nu alle spiegels een gelijkmatig licht reflecteren.

De volgende stap is om de overige instrumenten goed uit te lijnen. De spiegels staan nu goed, de instrumenten zijn op de juiste temperatuur gebracht en staan klaar om in focus te krijgen. Een van die instrumenten is de MIRI of Mid-Infrared Instrument. Met de MIRI worden golflengtes van 5 – 28 micron gedetecteerd. De MIRI bestaat uit twee onderdelen, een imager en een spectrograaf die gelijktijdig meerdere spectra op kan nemen. 

Met een resolutie van wel 1000 x beter dan op aarde gebaseerde systemen is het van belang dat de temperatuur zeer laag gehouden wordt. Dat lukt niet met de passieve koeling, zoals met de grote schermen gedaan wordt. De MIRI moet tot 7 graden Kelvin worden gekoeld om goed te functioneren. Dit wordt met behulp van een eigen mechanische cryo-koeler gedaan. Details hierover zijn op deze pagina terug te vinden.

De MIRI is niet zomaar een instrument. Veel onderdelen zijn van Nederlandse bodem. Bovendien heeft de Nederlandse Hoogleraar moleculaire astrofysica Ewine van Dishoeck een grote rol gespeeld in de ontwikkeling van de MIRI. Zij zal ondermeer gebruik gaan maken van het instrument om onderzoek te doen naar de hoofdbestanddelen van de atmosfeer van exoplaneten. Maar ook de wijze waarop exoplaneten gevormd worden in proto-planetaire schijven. Door de hoge resolutie kunnen nu de binnenringen van deze stofschijven geanalyseerd worden, waar de op aarde gesitueerde ALMA radiotelescoop in Chili vooral de buitenringen in beeld kan brengen. Juist door de Nederlandse inbreng in de JWST kan tot 30% van de onderzoekstijd gebruikt worden voor dergelijk onderzoek.

Wat minstens zo mooi is om te weten, is de ongekende resolutie waarover de JWST beschikt. Dit wordt nu berekend als tot wel 10 x beter dan de Hubble telescoop! De JWST is zo scherp, dat rond de ster die is gebruikt voor het uitlijnen nu al andere sterrenstelsels te zien zijn. Tot slot van deze update daarom de foto die de ster toont waarop is scherpgesteld. In volle glorie is natuurlijk de ster zelf te zien, maar op de achtergrond zijn door de ongekende gevoeligheid van de JWST ook al diverse sterrenstelsels te zien. Een prachtig gezicht, nu al!

Credit: NASA/STScl
advertentie
advertentie

11.02.2022 - Eerste foto James Webb Space Telescope!

NASA heeft zojuist de eerste foto vrijgegeven van de JWST. Misschien niet wat velen er van hadden verwacht, maar toch een hele belangrijke foto! Waarom? Dit is het bewijs dat alle systemen werken, de spiegels echt goed zijn uitgeklapt en het proces van uitlijnen begonnen is. Dus hier is ‘ie dan:
Credit: NASA

Wie goed kijkt, telt 18 individuele puntjes (of vegen, in astrofotografie ook wel komeetjes genoemd). Dit betekent dus dat elk van de 18 aparte spiegels een beeld reflecteren naar de NIRcam camera. Dit is de camera die gebruikt wordt voor het uitlijnen van de spiegels. De ster HD 84406 die hiervoor wordt gebruikt is bewust gekozen. Het is namelijk geen bijzonder felle ster, wat maar goed is ook omdat anders de zeer gevoelige camera veel te veel overbelicht zal worden. Nu is dat met deze 18 losse vlekjes nog niet het geval, maar zodra alle spiegels uitgelijnd zijn zal de enkele ster zeker een stuk feller in beeld komen. Bovendien staat deze ster in het sterrenbeeld Ursa Major, zoals verderop beschreven, in een gebied waar verder geen sterren van vergelijkbare helderheid staan. En de ster is relatief eenvoudig te identificeren, zodat zeker is dat de juiste ster op de foto staat.

De eerste foto’s werden al op 2 februari 2022 genomen. In een poging de juiste ster te vinden werd de telescoop op 156 verschillende locaties gericht en zijn er in 25 uur 1560 foto’s genomen. Bij elkaar goed voor 54GB aan data! Het zoekgebied had de omvang van de maan, waar ergens de gezochte ster zou moeten staan. Al binnen 6 uur en met de eerste 16 foto’s kon naar het lijkt de juiste ster al geïdentificeerd worden.

Credit: NASA

De bewerkte foto zoals hierboven te zien toont welke spiegel voor welk ‘vlekje’ zorgt. Voor de duidelijkheid zijn de segmenten in het plaatje ernaast erbij gezet. De komende maanden zijn nodig om elke individuele spiegel zowel in focus als in lijn met het brandpunt te krijgen. Een knap staaltje werk, waarbij de NASA ons niet in het ongewisse laat en zelfs nog voordat de telescoop helemaal gereed is ons al meeneemt in alle processen die doorlopen moeten worden. Weer een stapje dichterbij!

En aangezien er ook al diverse berichten geweest zijn op tal van media of er ook een foto van de telescoop zelf op zijn bestemming te zien is, hierbij nog een selfie!
Nee, de telescoop heeft geen externe camera’s aan boord. Deze foto is afkomstig van de NIRcam, waarbij met behulp van een speciale lens een opname van de primaire spiegel is gemaakt. Je ziet hier dus de volledig uitgeklapte spiegel op zijn plek in de ruimte zo’n 1,5 miljoen kilometer van ons vandaan.

Credit: NASA

01.02.2022 - Koelen

JWST Status per 01-feb-2022
Bron/Credit: NASA JWST - status koeling per 1 februari 2022

Nu de JWST op zijn plek in L2 staat, kan het verdere koelen van de instrumenten beginnen. Omdat de JWST in infrarood zal gaan fotograferen, met instrumenten die tot golflengtes van 0.6 tot 5 en 28 micron gaan, is het van groot belang dat de instrumenten zeer koud worden. Gek genoeg werden een aantal instrumenten tijdens de lancering en vlucht notabene verwarmd en niet gekoeld! Nu was dat niet zomaar natuurlijk. Dit heeft men gedaan om condensatie en ijsopbouw te voorkomen. Inmiddels is die verwarming uitgeschakeld op alle instrumenten en begint de passieve en actieve koeling op gang te komen. De uiteindelijke doeltemperatuur moet zakken tot 7 graden Kelvin. Dat is omgerekend -266°C en dus flink koud. Deze temperatuur wordt niet alleen via passieve koeling bereikt. Aan boord is ook een zogenaamde cryogene koeler die deze extreem lage temperatuur mee gaat helpen bereiken. Op de website voor de live log van JWST is de huidige temperatuur te zien voor de verschillende gebieden in het instrumentendeel. Eens per dag wordt de temperatuur bijgewerkt, wat voldoende is omdat het koelen zeer langzaam gaat.

Een van die instrumenten is de NIRCAM (nummer 2 op de foto bovenaan), de Near InfraRed CAMera. Deze camera moet op een temperatuur van -153°C komen waarna deze gebruikt zal gaan worden voor het uitlijnen van de 18 spiegels. Zoals de data op 1 februari 2022 laat zien is de temperatuur al gedaald tot -157°C (116K) en dus klaar om te beginnen met het in focus brengen van de spiegels. Hiervoor wordt de ster HD 84406 gebruikt. Deze ster staat op bijna 260 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Ursa Major, de grote beer (op het plaatje te zien op de plek van de cirkel, schuin boven Dubhe).

Elke spiegel zal een puntje geven van deze ster waarna de spiegels afzonderlijk bijgesteld worden tot ze gezamenlijk één scherp beeld vormen van deze ene ster. Dit proces gaat nog maanden duren… net als het koelen.

Bron: Stellarium

Uiteindelijk zal deze camera beelden gaan maken van de meest vroege sterren en sterrenstelsels, jonge sterren in onze eigen melkweg en daarbuiten en van objecten in de Kuipergordel.

De komende maand zal de temperatuur van de instrumenten zakken tot zo’n 37-39 Kelvin, waarna de cryo-koeler in de opvolgende maanden dit verder zal terugbrengen naar 6-7 Kelvin.

24.01.2022 - Aankomst op L2

Dag 30. Of om precies te zijn 30 dagen, 6 uur, 52 minuten en 25 seconden na de lancering. Pakweg een maand na de lancering is de JWST op een afstand van 1.460.529,2 kilometer van aarde aangekomen op het ‘L2’ punt. Dit punt is er één van vijf in onze buurt en worden Lagrange punten genoemd. Deze punten zijn speciaal omdat een object wat hier naartoe gebracht wordt, daar ook blijft ‘hangen’. Doordat de zwaartekracht van twee grote objecten op deze Lagrange punten gelijk is aan de middelpuntzoekende kracht, kan een klein object zoals een telescoop blijven waar het is. Hierdoor wordt het verbruik van brandstof sterk gereduceerd. Er hoeven slechts kleine correcties gemaakt te worden. Hoewel de koeling van de instrumenten na het opspannen van de zonneschilden snel ging, zal het nog enkele weken duren voordat de stabiele doeltemperatuur bereikt is. Verder wordt er de komende 5 maanden gewerkt aan het optimaal afstellen van de spiegels en wetenschappelijke instrumenten. Waarna rond de zomer hopelijk de eerste foto binnen gaat komen.

Lagrange 2 punt
Lagrange punten. Credit: NASA

12.02.2022 - Spiegels ontkoppelen

De James Webb Space Telescope lijkt nu eindelijk op de plaatjes die de meeste van ons tot nu toe wel hebben gezien van de telescoop. Klaar zou je denken?! Toch moet er nog veel gebeuren. De 18 losse spiegelelementen zijn voor de lancering veilig vastgezet en moeten nu nog vrij komen. In kleine stapjes wordt er door middel van 6 actuatoren (kleine elementjes die zeer precieze bewegingen kunnen maken) achter elke spiegel ieder segment 12,5mm naar voren geschoven. Dit proces heeft 10 dagen geduurd, met ongeveer 1 mm verplaatsing per dag, en zal opgevolgd worden door een 3 maanden durende fijn afstelling. Het duurt dus nog wel even voordat alle spiegels helemaal netjes in lijn staan. Deze fijn afstelling gebeurt op micro- en zelfs nanometer niveau. Zodoende kan een optimale afstelling behaald worden en hopelijk prachtige (en vooral scherpe…) plaatjes op gaan leveren!

Credit: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

05.01.2022 - Spiegels uitklappen

De zonneschilden zijn opgespannen en de volgende fase gaat aanvangen: het uitvouwen van de secondaire spiegel. Ook dit element zat samen met de draagbalken netjes opgevouwen en moet nu op zijn plek komen. Gelukkig gaat deze stap wederom vlekkeloos. Direct daarna volgt de instrumenten-radiator aan de achterzijde van de telescoop. Weer een element wat de verdere koeling moet helpen. 

Bijna klaar! Nu de hoofdspiegel nog. Deze spiegel, samengesteld uit 18 losse spiegels van elk 1,32 meter doorsnede, heeft een totaal diameter van 6,5 meter. Dat paste niet in de neus van de Ariane 5 raket en moest dus ook opgevouwen worden. Twee secties van elk 3 spiegels worden op dag 13 na lancering uitgevouwen en een dag later zijn beide zijdes keurig op hun plaats vastgezet. 

advertentie
advertentie

De eerste stappen

Het begint! Slechts 33 minuten na de lancering wordt met de eerste van enkele honderden stappen begonnen. In totaal heeft de JWST 344 zogenaamde ‘single points of failure’. Elk van die stappen moet dus slagen. De eerste van deze reeks spannende fases in het leven van de telescoop is het openen van het zonnepaneel en dat gebeurde al na een goed half uur nadat hij van aarde was vertrokken.

Een dag onderweg en de high speed antenne is al op zijn plaats. Drie dagen na de lancering start het uitvouwen van de zonneschilden. Eerst de dragende structuur, dan wordt de ‘toren’ (met daarop de spiegels en apparatuur) omhoog gebracht om meer isolatie te verkrijgen. Na 5 dagen wordt de ‘momentum flap’ uitgeklapt. Dit element zorgt ervoor dat zonnewind de telescoop niet teveel uit koers duwt, wat voor extra correcties en onnodig brandstofverbruik zou zorgen. En dan komt het volgende spannende moment: niet minder dan 5 lagen van isolerende zonneschilden ter grootte van een tennisveld worden met motoren opgespannen. De schilden worden bovendien van elkaar afgehouden om een optimale afvoer van warmte te bewerkstelligen. Per slot van rekening wil men de instrumenten op ongeveer -266°C (7 Kelvin) gekoeld krijgen om zo de invloed van straling tot een minimum te beperken. De JWST gaat opnames in het infrarode spectrum nemen waardoor deze afscherming absoluut noodzakelijk is. Aangezien infrarode straling warmtestraling is, geeft de telescoop zelf ook straling af. Door op een zeer koude temperatuur te werken wordt de invloed van deze eigen straling tot een minimum beperkt. 

25.12.2021 - Lancering

Zaterdag 25 december 2021. Eerste kerstdag. De lancering van een zeer bijzondere telescoop die op een enorme afstand van de aarde zal komen te staan. De JWST is vanaf de basis in Frans Guiana gelanceerd. Waarom daar? Deze lanceerlocatie ligt dicht bij de evenaar waardoor er minder brandstof nodig is om de raket die de JWST draagt, te lanceren. De rotatiesnelheid van de aarde is rond de evenaar ongeveer 1600km/h en geeft daardoor de raket al een aardige snelheid mee. De lancering, samen met enkele manoeuvres van de telescoop zelf, is bovendien zeer gunstig verlopen. Er waren slechts 2 correctie-manoeuvres nodig door de telescoop zelf. Door de besparing van brandstof die dat heeft opgeleverd verwacht NASA nu dat de JWST zelfs een stuk langer mee kan gaan dan de beoogde 10 jaar. NASA heeft berekend dat de levensduur mogelijk is opgelopen tot 20 jaar! 

Credit: NASA/Chris Gunn