Sinds het project voor het eerst werd bedacht, wachten wetenschappers reikhalzend uit naar de dag dat de James Webb Space Telescope (JWST) gaat de ruimte in. Als de geplande opvolger van Hubble, de JWST zal zijn krachtige infraroodbeeldvormingsmogelijkheden gebruiken om enkele van de verste objecten in het heelal te bestuderen (zoals de vorming van de eerste sterrenstelsels) en om extra-zonneplaneten rond nabije sterren te bestuderen.
Er is echter veel gespeculeerd en er wordt gepraat over welke doelen de eerste van de JWST zullen zijn. Gelukkig heeft het Space Telescope Science Institute (STScI), op aanbeveling van de Time Allocation Committee en een grondige technische evaluatie, onlangs aangekondigd dat het dertien wetenschappelijke "early release" -programma's heeft geselecteerd, die de JWST de eerste vijf maanden zal besteden aan het bestuderen van studies .
Als onderdeel van het Discretionary Early Release Science Program (DD-ERS) van de JWST-directeur werden deze dertien doelen gekozen door een rigoureus peer-reviewproces. Dit bestond uit 253 onderzoekers uit 18 provincies en 106 wetenschappelijke instellingen die uit meer dan 100 voorstellen kozen. Aan elk programma is 500 uur observatietijd toegewezen nadat de inbedrijfstellingsperiode van zes maanden is verstreken.
Zoals Ken Sembach, de directeur van het Space Telescope Science Institute (STScI), in een persverklaring van ESA zei:
“We waren onder de indruk van de hoge kwaliteit van de ontvangen voorstellen. Deze programma's zullen niet alleen geweldige wetenschap genereren, maar zullen ook een uniek hulpmiddel zijn om de onderzoeksmogelijkheden van dit buitengewone observatorium aan de wereldwijde wetenschappelijke gemeenschap te demonstreren.… We willen dat de onderzoeksgemeenschap zo vroeg mogelijk wetenschappelijk zo productief mogelijk is.Daarom ben ik zo blij dat ik bijna 500 uur aan vrije tijd van de regisseur kan besteden aan deze wetenschappelijke observaties met vroege vrijlating.”
Elk programma is afhankelijk van de JWST-suite van vier wetenschappelijke instrumenten, die zijn bijgedragen door NASA, de European Space Agency (ESA) en de Canadian Space Agency (CSA). Deze omvatten de Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) en het Mid-Infrared Instrument (MIRI) ontwikkeld door de ESA, evenals de Near-Infrared Camera (NIRCam) ontwikkeld door NASA en de STScI, en de Near-Infrared Imager en Slitless Spectrograph (NIRISS) ontwikkeld door de CSA.
De dertien geselecteerde programma's omvatten "Through the looking GLASS", dat zal vertrouwen op de ervaring van de astronomische gemeenschap Hubble om spleetloze spectroscopie uit te voeren en eerdere onderzoeken om gegevens te verzamelen over de vorming van sterrenstelsels en het intergalactische medium, vanaf de vroegste tijdperken van het heelal tot heden. De hoofdonderzoeker (PI) voor dit programma is Tommaso Treu van de University of California Los Angeles.
Een ander is het Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) -programma, dat overlappende observaties zal uitvoeren om een gecoördineerd extragalactisch onderzoek te creëren. Deze enquête is bedoeld om astronomen het eerste zichtbare licht van het heelal (ca. 240.000 tot 300.000 jaar na de oerknal) te laten zien, evenals informatie uit het reionisatie-tijdperk (ca. 150 miljoen tot 1 miljard jaar na de oerknal) en de periode waarin de eerste sterrenstelsels ontstonden. De PI voor dit programma is Steven Finkelstein van de Universiteit van Texas in Austin.
Dan is er het Transiting Exoplanet Community Early Release Science Program, dat voortbouwt op het werk van de Hubble, Spitzer, en Kepler ruimtetelescopen door exoplanetenonderzoeken uit te voeren. Net als zijn voorgangers zal dit bestaan uit het monitoren van sterren voor periodieke helderheidsdalingen die worden veroorzaakt door planeten die tussen hen en de waarnemer passeren (ook bekend als Transit Photometry).
Echter, in vergelijking met eerdere missies, zal de JWST in staat zijn om voorbijgaande planeten in ongekende details te bestuderen, die naar verwachting volumes zullen onthullen over hun respectievelijke atmosferische composities, structuren en dynamica. Dit programma, waarvoor de PI Imke de Pater is van de University of California Berkeley, zal daarom naar verwachting een revolutie teweegbrengen in ons begrip van planeten, planeetvorming en de oorsprong van het leven.
Ook gericht op de studie van exoplaneten is het programma High Contrast Imaging of Exoplanets and Extraplanetary Systems, dat zich zal richten op direct in beeld gebrachte planeten en circumstellaire puinschijven. Nogmaals, het doel is om de verbeterde mogelijkheden van de JWST te gebruiken om gedetailleerde analyses te geven over de atmosferische structuur en composities van exoplaneten, evenals de eigenschappen van wolkdeeltjes van puinschijven.
Maar natuurlijk zijn niet alle programma's gewijd aan de studie van dingen buiten ons zonnestelsel, zoals blijkt uit het programma dat zich zal concentreren op Jupiter en het Joviaanse systeem. Aanvullend op het onderzoek van de Galileo en Juno missies, zal de JWST zijn reeks instrumenten gebruiken om kaarten van de wolkenlagen, winden, compositie, aurorale activiteit en temperatuurstructuur van Jupiter te karakteriseren en te produceren.
Dit programma richt zich ook op enkele van de grootste manen van Jupiter (ook bekend als de 'Galilean-manen') en de ringstructuur van de planeet. Gegevens die door de JWST zijn verkregen, worden gebruikt om kaarten te maken van de atmosfeer en het vulkanische oppervlak van Io, de ijle atmosfeer van Ganymedes, die de thermische en atmosferische structuur van deze manen beperken en zoeken naar pluimen op hun oppervlakken. Zoals Alvaro Giménez, de ESA Director of Science, verkondigde:
“Het is opwindend om te zien hoe de astronomische gemeenschap zich bezighoudt met het ontwerpen en voorstellen van wat de eerste wetenschappelijke programma's zullen zijn voor de James Webb Space Telescope. Webb zal een revolutie teweegbrengen in ons begrip van het heelal en de resultaten die uit deze vroege waarnemingen zullen voortvloeien, zullen het begin markeren van een spannend nieuw avontuur in de astronomie. '
Tijdens zijn missie, die minimaal vijf jaar zal duren (behoudens verlengingen), zal de JWST ook veel andere belangrijke onderwerpen in de moderne astronomie behandelen, waarbij het universum wordt onderzocht buiten de grenzen van wat Hubble heeft kunnen zien. Het zal ook voortbouwen op waarnemingen van Hubble, waarbij sterrenstelsels worden onderzocht waarvan het licht door de uitzetting van de ruimte tot infraroodgolflengten is uitgerekt.
Afgezien van verder terug in de tijd om kosmische evolutie in kaart te brengen, zal Webb ook de Supermassive Black Holes (SMBH) onderzoeken die zich in de centra van de meeste massieve sterrenstelsels bevinden - met als doel het verkrijgen van nauwkeurige massaramingen. Last but not least, zal Webb zich concentreren op de geboorte van nieuwe sterren en hun planeten, in eerste instantie op werelden van Jupiter-grootte en vervolgens de focus verlegend om kleinere super-aardes te bestuderen.
John C. Mather, de Senior Project Scientist voor de JWST en een Senior Astrophysicist bij NASA's Goddard Space Flight Center, sprak ook zijn enthousiasme uit voor de geselecteerde programma's. "Ik ben heel blij om de lijst met de meest fascinerende doelen van astronomen voor de Webb-telescoop te zien en ik kijk er erg naar uit om de resultaten te zien", zei hij. "We verwachten volledig verrast te zijn door wat we vinden."
Al jaren wachten astronomen en onderzoekers reikhalzend uit naar de dag waarop de JWST begint met het verzamelen en vrijgeven van zijn eerste waarnemingen. Met zoveel mogelijkheden en zoveel wachten om ontdekt te worden, is de uitrol van de telescoop (gepland voor 2019) een evenement dat niet snel genoeg kan komen!
