Sin dalla prima ideazione del progetto, gli scienziati hanno atteso con impazienza il giorno in cui James Webb Space Telescope (JWST) porterà nello spazio. Come successore pianificato di Hubble, il JWST utilizzerà le sue potenti capacità di imaging a infrarossi per studiare alcuni degli oggetti più distanti nell'Universo (come la formazione delle prime galassie) e studiare pianeti extra-solari attorno alle stelle vicine.
Tuttavia, ci sono state molte speculazioni e discorsi su quali obiettivi saranno i primi del JWST. Per fortuna, a seguito della raccomandazione del Time Allocation Committee e di un'approfondita revisione tecnica, lo Space Telescope Science Institute (STScI) ha recentemente annunciato di aver selezionato tredici programmi di “rilascio anticipato” scientifici, che il JWST dedicherà ai suoi primi cinque mesi a studiare .
Come parte del Discretionary Early Release Science Program (DD-ERS) del Direttore del JWST, questi tredici obiettivi sono stati scelti da un rigoroso processo di revisione tra pari. Questo consisteva di 253 investigatori provenienti da 18 contee e 106 istituzioni scientifiche che sceglievano tra oltre 100 proposte. A ciascun programma sono state assegnate 500 ore di osservazione, una volta terminato il periodo di messa in servizio di 6 mesi.
Come ha affermato Ken Sembach, direttore dello Space Telescope Science Institute (STScI) in una nota della stampa dell'ESA:
“Siamo rimasti colpiti dall'alta qualità delle proposte ricevute. Questi programmi non solo genereranno grande scienza, ma saranno anche una risorsa unica per dimostrare le capacità investigative di questo straordinario osservatorio alla comunità scientifica mondiale… Vogliamo che la comunità di ricerca sia il più scientificamente produttiva possibile, il più presto possibile, motivo per cui sono così felice di poter dedicare quasi 500 ore del tempo discrezionale del regista a queste osservazioni scientifiche a rilascio anticipato.”
Ogni programma farà affidamento sulla suite di quattro strumenti scientifici del JWST, che è stata fornita dalla NASA, dall'Agenzia spaziale europea (ESA) e dall'Agenzia spaziale canadese (CSA). Questi includono il Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) e il Mid-Infrared Instrument (MIRI) sviluppato dall'ESA, così come la Near-Infrared Camera (NIRCam) sviluppata dalla NASA e dalla STScI, e il Near-Infrared Imager e Spettrografo senza fessure (NIRISS) sviluppato dal CSA.
I tredici programmi selezionati includono "Through the looking GLASS", che si baserà sull'esperienza della comunità astronomica nell'uso Hubble condurre spettroscopia senza fessure e precedenti sondaggi per raccogliere dati sulla formazione di galassie e sul mezzo intergalattico, dalle prime epoche dell'Universo ai giorni nostri. Il principale investigatore (PI) per questo programma è Tommaso Treu dell'Università della California a Los Angeles.
Un altro è il programma Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), che condurrà osservazioni sovrapposte per creare un sondaggio extragalattico coordinato. Questo sondaggio ha lo scopo di far vedere agli astronomi la prima luce visibile dell'Universo (circa 240.000 a 300.000 anni dopo il Big Bang), nonché le informazioni dell'epoca della reionizzazione (circa 150 milioni a 1 miliardo di anni dopo il Big Bang) e il periodo in cui si formarono le prime galassie. Il responsabile di questo programma è Steven Finkelstein dell'Università del Texas ad Austin.
Poi c'è il Transiting Exoplanet Community Early Release Science Program, che si baserà sul lavoro di Hubble, Spitzer, e Kepler telescopi spaziali conducendo sondaggi sugli esopianeti. Come i suoi predecessori, questo consisterà nel monitoraggio di stelle per cali periodici di luminosità che sono causati dai pianeti che passano tra loro e l'osservatore (aka Transit Photometry).
Tuttavia, rispetto alle precedenti missioni, il JWST sarà in grado di studiare pianeti in transito con dettagli senza precedenti, che si prevede rivelino volumi sulle loro rispettive composizioni, strutture e dinamiche atmosferiche. Questo programma, per il quale l'IP è Imke de Pater dell'Università della California Berkeley, dovrebbe quindi rivoluzionare la nostra comprensione dei pianeti, della formazione dei pianeti e delle origini della vita.
Anche lo studio degli esopianeti si è concentrato sull'imaging ad alto contrasto di pianeti extrasolari e di sistemi extraplanetari, che si concentrerà su pianeti con immagini dirette e dischi di detriti circumstellari. Ancora una volta, l'obiettivo è quello di utilizzare le capacità avanzate di JWST per fornire analisi dettagliate sulla struttura e sulle composizioni atmosferiche degli esopianeti, nonché sulle proprietà delle particelle di nuvola dei dischi di detriti.
Ma ovviamente, non tutti i programmi sono dedicati allo studio di cose al di fuori del nostro Sistema Solare, come è dimostrato dal programma che si concentrerà su Giove e sul Sistema Gioviano. In aggiunta alla ricerca svolta dal Galileo e Juno missioni, il JWST utilizzerà la sua suite di strumenti per caratterizzare e produrre mappe degli strati di nuvole di Giove, venti, composizione, attività aurorale e struttura della temperatura.
Questo programma si concentrerà anche su alcune delle più grandi lune di Giove (dette anche "Lune Galileiane") e sulla struttura ad anello del pianeta. I dati ottenuti dal JWST verranno utilizzati per produrre mappe dell'atmosfera e della superficie vulcanica di Io, l'atmosfera tenue di Ganimede, fornire vincoli su queste lune strutture termiche e atmosferiche e cercare pennacchi sulla loro superficie. Come ha proclamato Alvaro Giménez, direttore scientifico dell'ESA:
“È emozionante vedere l'impegno della comunità astronomica nel progettare e proporre quelli che saranno i primi programmi scientifici per il James Webb Space Telescope. Webb rivoluzionerà la nostra comprensione dell'Universo e i risultati che verranno fuori da queste prime osservazioni segneranno l'inizio di una nuova emozionante avventura in astronomia. "
Durante la sua missione, che durerà per almeno cinque anni (salvo le estensioni), il JWST affronterà anche molti altri argomenti chiave dell'astronomia moderna, sondando l'Universo oltre i limiti di ciò che Hubble è stato in grado di vedere. Si baserà anche sulle osservazioni fatte da Hubble, esaminando le galassie la cui luce è stata allungata in lunghezze d'onda infrarosse dall'espansione dello spazio.
Oltre a guardare più indietro nel tempo per tracciare l'evoluzione cosmica, Webb esaminerà anche i buchi neri supermassicci (SMBH) che si trovano al centro delle galassie più grandi, allo scopo di ottenere stime di massa accurate. Infine, ma non meno importante, Webbwill si concentrerà sulla nascita di nuove stelle e dei loro pianeti, inizialmente concentrandosi su mondi di dimensioni di Giove e poi spostando l'attenzione per studiare le piccole Super-Terre.
Anche John C. Mather, Senior Project Scientist per il JWST e un astrofisico senior presso il Goddard Space Flight Center della NASA, hanno espresso entusiasmo per i programmi selezionati. "Sono entusiasta di vedere la lista degli obiettivi più affascinanti degli astronomi per il telescopio Webb ed estremamente desideroso di vedere i risultati", ha detto. "Ci aspettiamo di essere sorpresi da ciò che troviamo."
Per anni, astronomi e ricercatori hanno atteso con impazienza il giorno in cui il JWST inizia a raccogliere e rilasciare le sue prime osservazioni. Con così tante possibilità e così tante attese da scoprire, il dispiegamento del telescopio (che è previsto per il 2019) è un evento che non può arrivare abbastanza presto!
