Jedním z nejtypičtějších rysů teleskopu Jamese Webba je jeho velké, segmentované pozlacené zrcadlo, které dodává snímky dvakrát ostřejší, než jaké byly předstartovní odhady. Interferometrie maskováním apertury je pozorovací metoda, která umožňuje snímkování kosmických objektů ve vysokém úhlovém rozlišení. Základní princip vychází z umístění speciálně navržené masky s několika malými dírkami do cesty světla teleskopem. Maska de facto z primárního zrcadla udělá několik menších teleskopů.

Tato technika se označuje jako interferometrie maskováním apertury alias AMI (z anglického Aperture Masking Interferometry) a Webbův nástroj k realizaci této metody je přístroj NIRISS od Kanadské kosmické agentury. Tři vědecké týmy nyní popsaly, jak jedinečná a speciální pozorování uskutečněná tímto způsobem poskytla nové pohledy na tři kosmické objekty.

Masivní dvojhvězdný systém Wolf-Rayet 137

Joel Sánchez Bermúdez, vědec z Národní autonomní univerzity v Mexiko City připomíná, že jeho vědecký tým zvaný DustERS, Využil režim AMI na Webbově teleskopu k pozorování Wolf-Rayet 137. V tomto systému je jedna Wolfova-Rayetova hvězda, tedy masivní, silně zářící hvězda, se silným hvězdným větrem a hmotností přibližně deseti hmotností Slunce. Jejím společníkem je další masivní hvězda 17× těžší než Slunce.

Obě hvězdy kolem sebe obíhají a jeden oběh jim trvá 13,1 roku. Vědci využili režim AMI k prostorovému odhalení jejich jemného prachu, který se zformoval ve vnitřních 100 – 200 astronomických jednotkách systému, v oblasti kolidujícího větru obou hvězd.

Pro lepší představu si můžeme říct, že planeta Neptun obíhá přibližně 30 astronomických jednotek od Slunce. U této dvojhvězdy je plyn stlačený a ochlazený dost na to, aby mohly vzniknout malé částečky prachu.

„Očekávali jsme, že prachové vzory budou mít tvar větrníku, ale byli jsme překvapeni, protože se prach formuje do lineárních téměř přímých čar, což je poměrně neobvyklé. Tento rozdíl naznačuje, že na způsobu, jakým větry z Wolf-Rayet 137 vzájemně interagují a vytváří prach, je něco jedinečného. Abychom porozuměli těmto nezvyklým prachovým vzorům, náš tým využil počítačové modely, které simulovaly podmínky kolem Wolf-Rayet 137. Tyto modely proměnily data z AMI do jasných obrázků hvězdy a jejího okolí, jaké tu ještě nebyly! Studium Wolf-Rayet 137 je prvním případem použití teleskopu Jamese Webba tímto způsobem a pomohlo nám posunout vývoj nových nástrojů pro interpretaci dalších AMI dat. Tato práce ukazuje, že díky mimořádně vysokému rozlišení Webbova teleskopu s metodou AMI je analýza vzniku a vývoje prachu v okolním prostředí hvězd tohoto typu důležitá pro pochopení toho, jak se ve vesmíru hromadí složité chemické sloučeniny, které tvoří základ nových generací hvězd a planet,“ vysvětlil Joel Sánchez Bermúdez.

PDS 70

Dori Blakely, doktorand z University of Victoria v kanadské Britské Kolumbii, studuje s velkým mezinárodním vědeckým týmem PDS-70, tedy mladou, Slunci podobnou hvězdu, vzdálenou 370 světlených let a starou zhruba 5 milionů let. Kolem ní krouží dvě obří planety a obklopuje ji protoplanetární disk. Ten je z 99 % tvořen plynem a z 1 % prachem, které zbyly z procesu formování hvězdy. V důsledku momentu hybnosti je protoplanetární disk zploštěný do tenkého rotujícího disku. Před chvílí zmíněné dvě planety obíhající kolem PDS 70 jsou známé jako PDS 70b a PDC 70c, přičemž pravděpodobně připomínají velmi mladý Jupiter před 4,5 miliardami let. Tyto planety však obíhají svou mateřskou hvězdu o něco dál. Planety od hvězdy dělí zhruba čtyř- a osmi-násobek vzdálenosti Jupiteru od Slunce.

Blakely uvedl: „S věkem jen pár milionů let jsou PDS 70b a c dvě z nejmladších exoplanet, jaké kdy byly nasnímány. Představují jedinečnou možnost zjistit, jak se planety formují, protože stále aktivně získávají materiál z protoplanetárního disku, který obklopuje jejich mateřskou hvězdu. Tepelné emise z chladných prachových částeček o velikosti zrnek písku o teplotě minus 250 °C byly pozorovány z disku kolem PDS 70c. Ovšem fyzické podmínky v protoplanetární akreční vrstvě zůstávají neznámé. S využitím režimu AMI jsme poprvé v historii přesně změřili jas jak PDS 701 b, tak i PDS 70 c ve středním infračerveném záření na 4,8 mikrometrech*. Pozorování vlnové délky 4,8 mikrometru (a dál) jsou důležité, protože tyto emise vlnových délek z vnitřního okraje cirkumplanetárního akrečního disku mohou být stejně jasné jako emise z planety samotné. Právě to je důvod, proč jsme našli uplatnění pro Webbův teleskop. Naše měření odhalila nadměrné emise ve srovnání s tím, co by se dalo očekávat pouze na základě atmosfér planet. Pozorované nadměrné emise odpovídají materiálu obklopujícímu planety při teplotě přibližně minus 50 °C. Následná pozorování obou planet v dalších podobných vlnových délkách umožní mnohem přesněji stanovit teplotu a polohu prachu, který planety obklopuje.“

Io: Vulkanicky aktivní měsíc u Jupiteru

V rámci vědeckého programu Webbova teleskopu pro předběžné zveřejnění výsledků č. 01373 (P.I.’s Imke de Pater & Thierry Fouchet) astronomové využili režim AMI přístroje NIRISS k získání nového pohledu na Jupiterův měsíc Io. Zajímavé je, že jde o případ, kdy pozorovací čas přidělil ředitel programu JWST.

Komplexní struktura tohoto měsíce a jeho očekávaná velikost v době pozorování však znemožnily použití standardních interferometrických metod rekonstrukce snímků. Proto, aby bylo možné získat snímky Io z dat pořízených metodou AMI, byl využit nový inovativní přístup – neuronové sítě. Tyto algoritmy, inspirované lidským mozkem, jsou mimořádně dobré při učení komplexních vzorů.

Tento výzkum astronomům umožnil přesně lokalizovat a charakterizovat několik sopek a rozsáhlé emise napříč diskem Io. Pět snímků pořízených během zhruba 30 minut ukázaly odlišné horké skvrny spojené s různými sopkami po celém disku měsíce. Studie také odhalila informace o velikosti struktur na povrchu Io. Analýzou jasu měsíčního disku autoři objevili dominantní útvary s průměrnými rozměry 362 kilometrů, které zřejmě souvisejí s emisemi regionů jednotlivých sopek. Další útvary pozorované ve větším měřítku, přibližně 580 kilometrů, by mohly souviset s dříve pozorovanou „námrazou“ z oxidu siřičitého. Tyto poznatky byly ve shodě s komplexními pozorováními prováděnými pomocí pozemského teleskopu Keck II a dále prověřily nové techniky neuronových sítí pro analýzu dat získaných metodou AMI.

Pohled do budoucna

Využití nových metod, jako je AMI, které se využívají k téměř dvojnásobnému zvýšení ostrosti rozlišení teleskopu Jamese Webba, pomáhá určovat směr vývoje přístrojového vybavení a vesmírných dalekohledů nové generace. U velikosti kosmických observatoří existují limity, což platí i pro přesnost dosažitelnou z hlediska úhlového rozlišení. Když máte možnosti dosáhnout v této oblasti pokroku díky přístrojovému vybavení nebo novým technikám, povznese to tato nová zařízení na dosud nevídanou úroveň. Příští astrofyzikální mise NASA z kategorie vlajkových lodí, která přijde po teleskopu Nancy Grace Roman, bude HWO, tedy Habitable Worlds Observatory, což je zatím koncept mise s novými přístroji a technologiemi schopnými zobrazit obyvatelné světy v jiných planetárních systémech.

*pozn. recenzenta – U středního infračerveného záření se obvykle uvádí jako nejkratší vlnová délka 2,5 nebo tři mikrometry. Ačkoli se tedy běžně v popularizačních výstupech uvádí, že ve středí infračervené oblasti na JWST pracuje jen přístroj MIRI, není to tak zcela pravda, částečně do této oblasti zasahují i NIRCam, NIRSpec a zde zmíněný instrument NIRISS. Vlnová délka 4,8 mikrometru, o které zde mluvíme a ve které NIRISS pozoroval, a v níž můžou pozorovat i NIRSpec a NIRCam, totiž už do střední infračervené oblasti jednoznačně spadá.

Přeloženo z:
https://science.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://assets.science.nasa.gov/dynamicimage/assets/science/missions/webb/blog/2026/NIRISS_NRM_hardware.jpg
https://assets.science.nasa.gov/dynamicimage/assets/science/missions/webb/blog/2026/apjad192cf4_hr42.jpg
https://assets.science.nasa.gov/dynamicimage/assets/science/missions/webb/blog/2026/figure1_v4_english.png