Geschiedenis

James Webb is de opvolger van de Hubble Space Telescope, die al sinds 1990 actief is. Hubble staat bekend om de kleurrijke foto’s die de telescoop over de decennia heeft aangeleverd. Maar ook telescopen worden oud, dus mag Hubble het binnenkort iets rustiger aan gaan doen. De telescoop gaat overigens nog niet met pensioen, dus er zullen nog vele prachtige plaatjes aan de collectie worden toegevoegd.

Het idee voor de James Webb telescoop ontstond al in de jaren ‘90. De intentie was toen om in 2007 te lanceren. Een gigantisch project als dit gaat natuurlijk nooit volgens plan, en Webb is geen uitzondering. De lancering is maar liefst negentien keer uitgesteld, om verscheidene redenen. Afgelopen november is de lancering nog een paar dagen verplaatst nadat een klemband losschoot waardoor de telescoop mogelijk beschadigd raakte. Eventuele schade moet op aarde verholpen worden. Na lancering is de telescoop namelijk te ver weg om nog reparaties uit te kunnen voeren.

Eerdere vertraging was voornamelijk vanwege technische problemen, waardoor plannen constant aangepast moesten worden. Maar ook COVID-19 heeft natuurlijk voor een paar maanden oponthoud gezorgd. Uiteindelijk hebben meer dan 10.000 mensen aan de telescoop gewerkt en is het budget gestegen van anderhalf miljard naar tien miljard dollar.

De James Webb telescoop

Het eerste wat opvalt aan deze telescoop is de gigantische spiegel, van ongeveer zesenhalve meter breed. Deze spiegel, of eigenlijk combinatie van achttien kleinere spiegels, kan ook heel zwak licht opvangen, wat vervolgens via een tweede spiegel naar de instrumenten geleid wordt. Het zwakke licht dat de telescoop moet opvangen zal in het infraroodspectrum vallen. De laatste telescoop die in dit spectrum observeerde was de Spitzer Space Telescope, wiens missie vorig jaar werd beëindigd.

James Webb heeft vier instrumenten aan boord: NIRCam, NIRSpec, MIRI en FGS/NIRISS. Leuk, die acroniemen, maar ze zeggen niet zo bijster veel over wat al die instrumenten doen. We gaan ze even langs.

De NIRCam (Near Infrared Camera) kan heel zwak licht van verafgelegen objecten detecteren. Daarmee kunnen bijvoorbeeld de eerste sterren, die miljarden jaren geleden gevormd zijn, waargenomen worden. Na zo’n lange reis kan het licht van deze sterren alleen nog opgevangen worden met zeer gevoelige instrumenten zoals deze.

Dan de NIRSpec (Near Infrared Spectrograph). Een spectrograaf werkt net als een prisma. Sommige stoffen absorberen bepaalde kleuren licht, die dus niet door de spectrograaf opgevangen worden. Door te kijken welke kleuren missen kan dit instrument informatie verzamelen over de chemische samenstelling van onder andere de eerste sterrenstelsels. Net als de NIRCam is dit instrument heel gevoelig, om het zwakke licht op te kunnen vangen. Desondanks zal de telescoop honderden uren aan opgevangen licht nodig hebben om een spectrum te kunnen maken.

MIRI (Mid-Infrared Instrument) heeft ook een spectrograaf, maar deze kijkt naar net een ander deel van het infrarode spectrum. Daardoor kunnen objecten zoals jonge sterren, die pas net ontstaan zijn, en verafgelegen sterrenstelsels geobserveerd worden. Ook bevat dit instrument een camera die net als Hubble spectaculaire foto’s zal maken.

FGS (Fine Guidance Sensor) zal zorgen dat de telescoop heel precies kan richten, zodat de gemaakte foto’s goed scherp zijn. NIRISS (Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) gaat vooral focussen op het detecteren van exoplaneten.

Ruimte-ijs

Ook in Leiden wordt reikhalzend uitgekeken naar de nieuwe ruimtetelescoop. Met andere telescopen hebben we al waargenomen dat er complexe stoffen aanwezig zijn in de ruimte, maar nog niet waar ze vandaan komen. De hoop is dat de Webb daar verandering in kan brengen.

In grote gaswolken zitten deeltjes ver bij elkaar vandaan en is de kans dus klein dat de juiste deeltjes bij elkaar komen om een complexe stof te vormen. Een hypothese is daarom dat deze grotere moleculen niet willekeurig gevormd worden, maar ontstaan in ruimte-ijs. Dit ijs is onder andere te vinden rond jonge sterren, in een zogeheten moleculaire wolk, bestaande uit gassen, stof en gedeeltelijk ook uit ijs. James Webb kan misschien inzicht bieden over het ontstaan van complexe moleculen in deze moleculaire wolken.

Als deze theorie klopt, zouden die moleculen in het ijs te detecteren moeten zijn. James Webb kan daarbij helpen. Wanneer het ijs zich op precies de juiste plek tussen de ster en telescoop in bevindt, schijnt het licht van de ster erdoorheen. De Webb vangt vervolgens dit licht op, waarna de spectrografen kunnen helpen met het identificeren van de stoffen in het ijs.

Een tweede theorie is dat kometen ook uit die moleculaire wolk komen. Kometen bestaan deels uit ijs, en zouden dus deze complexe stoffen kunnen transporteren. Deze kometen zijn misschien wel de manier waarop sommige stoffen die essentieel zijn voor het leven op aarde hier zijn gekomen. James Webb kan dus een belangrijke rol spelen in de zoektocht naar het ontstaan van leven op aarde. Maar wat heeft Leiden hiermee te maken?

Leiden Ice Database

Het lichtspectrum dat een spectrograaf opvangt, is uniek voor elke stof. In Leiden wordt gewerkt aan de Leiden Ice Database. In een laboratorium worden omstandigheden in de ruimte zo goed mogelijk gesimuleerd: de temperatuur in een vacuümkamer wordt omlaag gebracht naar 258 graden Celsius onder nul. Daarna wordt daar ijs gemaakt met specifieke stoffen in precieze verhoudingen. Door vervolgens infrarood licht, hetzelfde licht als James Webb zal opvangen, door het ijs te schijnen kan bepaald worden welke golflengtes van licht dit ijs doorlaat. Dit is een ‘vingerafdruk’ van de stof, die geregistreerd wordt in de openbare Leiden Ice Database. Als James Webb dan toch eindelijk gelanceerd wordt, kunnen metingen vergeleken worden met de database om erachter te komen welke stoffen zich nu echt in het ruimte-ijs bevinden.

De verwachtingen voor James Webb liggen hoog, wat niet verwonderlijk is na negentien keer uitstel. 24 december is het eindelijk zover en gaan we zien wat de telescoop ons allemaal kan brengen. In ieder geval zullen de prachtige plaatjes waar Hubble om bekend staat, met de Webb nog jarenlang aangeleverd worden.