Vzpomínáte si na článek, který jsme vydali začátkem února? Webbův teleskop v té době již dokončil rozkládání své mimořádně složité konstrukce a my jsme Vám v článku představili sedm kroků, které čekaly na inženýry, aby bylo možné optimálně seřídit zrcadla, která měla fungovat jako jeden optický celek. Dnes již jsou všechny optické prvky teleskopu optimálně seřízeny vůči přístrojům a proto může začít fáze uvádění čtyř špičkových palubních vědeckých přístrojů do provozu. Celkem tyto přístroje nabízí 17 pracovních režimů, které se budou muset otestovat – jen tak bude možné ověřit, že je jedinečná observatoř připravena na začátek vědecké služby, k čemuž by mělo dojít letos v létě. Jakmile inženýři uznají, že všech 17 režimů funguje, bude Webbův teleskop připraven k zahájení vědeckých pozorování. Tento článek je překladem textu, který vypracovala osoba mimořádně povolaná – Jonathan Gardner, zástupce vedoucího vědeckého pracovníka projektu z Goddardova střediska.

Jak budou jednotlivé režimy ověřeny, objeví se kolem nich žlutý lem šestiúhelníku.
Zdroj: https://jwst.nasa.gov/

V tomto článku si popíšeme 17 režimů a čtenářům se zároveň nabízí skvělá příležitost – v dalších týdnech můžete na již známém webu Where is Webb sledovat, jak jsou jednotlivé režimy postupně odškrtávány, což značí, že prošly kontrolou. Každý režim obnáší sadu pozorování a analýz, které se musí prověřit. Je také důležité poznamenat, že vědecký tým rozhodně neplánuje postupovat v pořadí, které je uvedeno níže. Pokud tedy uvidíte, že byla kontrola některého režimu v níže uvedeném pořadí „přeskočena“, není to důvod k panice. Některé režimy totiž nebudou definitivně ověřeny až do samotného konce celého procesu uvádění do provozu.

Pro každý režim také bude uveden reprezentativní vědecký cíl, který se bude v tomto režimu pozorovat v prvním roce vědecké fáze JWST. Jedná se však pouze o příklady – každý režim bude využívat hned několik cílů. Většina těchto cílových objektů bude pozorována více přístroji či ve více režimech. Podrobný soupis plánovaných recenzovaných pozorování pro první rok služby JWST je velmi pestrý a sahá od sledování objektů ve Sluneční soustavě až po ty nejvzdálenější galaxie. Ale pojďme už na slíbený popis režimů.

Fotografie přístroje NIRCam
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

NIRCam (Near-Infrared Camera)

1) Snímkování – V tomto režimu budou pořizovány snímky na v úsecích pomezí viditelného a blízkého infračerveného záření na vlnových délkách 0,6 – 5 mikrometrů. Tento režim se bude využívat pro téměř všechny aspekty vědeckého výzkumu JWST – od vzdálených polí ke galaxiím, od regionů vznikajících hvězd po planety v naší Sluneční soustavě. Příkladem cíle v rámci prvního vědeckého pozorovacího cyklu JWST, který využije tento režim, je anabáze legendárního Hubbleova ultrahlubokého pole.

2) Bezštěrbinová spektroskopie – Při spektroskopii je zachycené světlo rozděleno na jednotlivé „barvy“. Při bezštěrbinové spektroskopii se světlo šíří celým zorným polem přístroje, takže vědci mohou vidět barvy všech objektů v tomto poli. Režim bezštěrbinové spektroskopie přístroje NIRCam byl původně pouze inženýrským režimem, který se měl používat pouze ve fázi zarovnávání teleskopu. Vědci však zjistili, že by se tato funkce dala využít i pro vědecká pozorování. Praktickým příkladem může být například studium vzdálených kvasarů.

Nircam
Zdroj: http://upload.wikimedia.org/

3) Koronografie – Když kolem hvězdy krouží exoplanety nebo prachové disky, tak jas této hvězdy většinou přezáří světlo, které vyzařují (či odráží) mnohem méně jasné objekty kolem ní. Koronografie využívá černého disku v přístroji k odstínění svitu hvězdy za účelem zachycení světla z planet. Pokud bychom měli zmínit nějaký konkrétní příklad, který bude JWST pozorován v tomto režimu v prvním roce, půjde třeba o obří exoplanetu HIP 65426 b.

Kamera NIRCam
Zdroj: https://www.lockheedmartin.com

4) Pozorování časových sérii – snímkování – Většina astronomických objektů se mění v časovém horizontu, které jsou ve srovnání s lidským životem neskutečně dlouhé. Ovšem některé změny probíhají dost rychle na to, abychom je mohli zaznamenat. V tomto režimu jsou data z detektorů přístroje NIRCam vyčítána velmi rychle, aby se v nich následně hledaly změny. Příkladem objektu, jehož pozorování využije tento režim, jsou pulsující neutronové hvězdy, kterým říkáme magnetary.

5) Pozorování časových sérii – grism – Když exoplaneta prochází přes disk své mateřské hvězdy, prochází světlo této hvězdy skrz atmosféru planety. To umožňuje vědcům určit základní chemické složení atmosféry pomocí spektroskopických měření. Vědci také mohou studovat záření, které je odražené či vyzářené samotnou exoplanetou, pokud tato exoplaneta přechází za svou mateřskou hvězdu. Příkladem může být třeba pozorování exoplanety 55 Cancri e, která se svými rozměry řadí mezi tzv. super-Země.

Přístroj NIRSpec (Near-InfraRed Spectrograph)
Zdroj: http://www.esa.int

NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph)

6) Víceobjektová spektroskopie – Ačkoliv výše uvedená bezštěrbinová spektroskopie získává spektra všech objektů v zorném poli, umožňuje také, aby se spektra více objektů navzájem překrývala, navíc světlo v pozadí omezuje citlivost. NIRSpec je vybaven jedinečným systémem mikrozávěrek, kterých bychom napočítali čtvrt milionu a všechny se dají individuálně otevírat a zavírat. Možnost otevřít závěrku v místě, kde je zajímavý objekt a nechat zavřené ty, ve kterých nic zajímavého není, umožňuje vědcům získat najednou spektrální měření až stovky zdrojů. Příkladem praktického uplatnění tohoto režimu může být třeba pozorování hluboké pole Extended Groth Strip.

MSA – micro-shutter array. Pole mikrozávěrek během zkoušek. Toto zařízení vzniklo na Goddardově středisku a nyní je součástí evropského přístroje NIRSpec. Každé ze čtyř polí MSA obsahuje mřížku 365 × 171 mikroclon. Celkem je zde skoro čtvrt milionu okének s rozměry zhruba 100 µm × 200 µm.
Zdroj: http://www.esa.int

7) Spektroskopie s fixní štěrbinou – Kromě zmíněného pole mikroclon má NIRSpec i několik nehybných štěrbin, které poskytují jedinečnou citlivost pro spektroskopii individuálních cílů. Příkladem pozorování může být detekce světla ze zdroje gravitačních vln, kterému se říká kilonova.

8) Integrální jednotka spektroskopie pole – V tomto režimu se vytváří spektrum pro každý pixel v malé oblasti namísto jednoho bodu, což představuje celkem 900 prostorových/spektrálních prvků. Tento režim přináší nejkomplexnější data o individuálním cíli. Příkladem může být vzdálená galaxie zvýrazněná vlivem gravitační čočky.

9) Časová série jasných objektů – NIRSpec dokáže pořídit časové série spektrálních měření tranzitující exoplanety a dalších objektů, které se v průběhu času výrazně mění. Příkladem může být třeba sledování horké super-Země po dobu celého jejího oběhu za účelem zmapování její povrchové teploty.

Fotografie přístroje NIRISS
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph)

10) Bezštěrbinová spektroskopie jediného objektu – K pozorování planet obíhajících kolem jasných hvězd přístroj NIRISS hvězdu rozostří a rozšíří světlo na mnoho pixelů, čímž zabrání saturaci (přesycení / přepálení) detektorů. Příkladem mohou být malé (potenciálně kamenné) exoplanety TRAPPIST-1b a 1c.

11) Bezštěrbinová spektroskopie širokého pole – NIRISS disponuje režimem bezštěrbinové spektroskopie, který je optimalizován pro hledání a studium vzdálených galaxií. Tento režim se bude mimořádně hodit pro objevování a hledání věcí, o kterých jsme zatím nevěděli, že tam jsou. Příkladem může být čistě paralelní pátrání po aktivních galaxiích, ve kterých vznikají hvězdy.

Vnitřní stavba přístroje NIRISS.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

12) Interferometrie s maskováním clony – NIRISS disponuje maskou k blokování světla z 11 z celkových 18 segmentů primárního zrcadla, což se využívá právě v tomto režimu. V jeho rámci vznikají vysoce kontrastní snímky, ve kterých se dají vyhledat slabé objekty blízko jasných zdrojů. Příkladem je třeba dvojhvězda s kolidujícím hvězdným větrem.

13) Snímkování – Vzhledem k důležitosti snímkování v blízké infračervené oblasti má přístroj NIRISS tento režim, který slouží jako záloha pro režim snímkování přístrojem NIRCam. Po vědecké stránce bude tento režim používán především v době, kdy ostatní přístroje simultánně provádí jiná pozorování, takže pozorování může nasnímat větší oblast. Příkladem praktického uplatnění tohto režimu může být třeba kupa galaxií s gravitačním čočkováním Hubble Frontier Field.

Přístroj MIRI
Zdroj: https://webb.nasa.gov/

MIRI (Mid-Infrared Instrument)

14) Snímkování – Stejně jako snímkování v blízké infračervené oblasti pomocí NIRCam, poslouží k téměř všem typům vědeckých výzkumů JWST, bez ohledu na cíl. MIRI ve snímkovacím režimu umožní rozšířit sledovanou oblast na vlnovou délku 5 – 27 mikrometrů. Záření v takzvané střední infračervené oblasti nám může například ukázat rozložení prachu a chladného plynu v oblastech naší Mléčné dráhy i jiných galaxiích, ve kterých vznikají hvězdy. Příkladem může být třeba relativně blízká galaxie Messier 33.

15) Spektroskopie s nízkým rozlišením – Na vlnových délkách  5 – 12 mikrometrů může tento režim studovat méně jasné objekty, než jaké zvládne níže popsaný režim spektroskopie středního rozlišení. Nízké rozlišení je často používáno pro studium povrchu objektů – třeba pro určení chemického složení. Příkladem uplatnění tohoto režimu, na který se můžeme v prvním roce služby jWST těšit, je studium Charonu – měsíce trpasličí planety Pluto.

Přístroj MIRI
Zdroj: http://sci.esa.int/

16) Spektroskopie se středním rozlišením – MIRI dokáže provádět integrální spektroskopii pole v celém rozsahu středních infračervených vlnových délek od 5 do 28,5 mikrometrů. V tomto rozmezí se velmi dobře zobrazují spektrální emise molekul a prachu. Příkladem mohou být třeba molekuly v discích, ze kterých vznikají planety.

17) Koronografické snímkování – Přístroj MIRI je vybaven dvěma typy koronografů. Jeden z nich je bodový, který blokuje světlo, a tři čtyřkvadrantové koronografy s fázovou maskou. Ty se budou využívat pro přímou detekci exoplanet a studium prachových disků kolem hvězd. Příkladem může být hledání exoplanet kolem naší nejbližší hvězdy Alpha Centauri A.

Přeloženo z:
https://blogs.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.treking.cz/astronomie/james-webb-space-telescope2.jpg
https://jwst.nasa.gov/content/webbLaunch/deploymentExplorer.html
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ca/JWST_Nircam1lwres.jpg
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Nircam_modules.jpg
https://www.lockheedmartin.com/content/dam/lockheed-martin/space/photo/atc/starhunter.jpg
http://www.esa.int/…/JWST_s_Near_InfraRed_Spectrograph_NIRSpec.jpg
http://www.esa.int/…/Low_light_test_on_micro-shutter_array.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/450px-JWST_FGS_ETU_picture.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fc/JWST_niriss-layout.jpg
https://webb.nasa.gov/images/miri.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/a1/10EC3777_MIRI_alignment_testing_orig.jpg