Telescopul spațial James Webb: noi galaxii, noi perspective asupra istoriei cosmice--interviu cu Steven Finkelstein

Prin James Webb, studiul Universului întră într-o nouă eră. Cu o oglindă de 6,5 metri--în comparație cu 2,5 m. în dotarea unuia dintre predecesorii săi, Hubble, aflat în misiune până-n 2026--Webb lărgește orizontul cunoașterii și promite răspunsuri la o infinitate de întrebări. Este întreg sensul explorării prin telescoape bazate în spațiu, care a început pentru americani în 1968, pentru ruși trei ani mai târziu.  De atunci au evoluat tehnologiile și s-au multiplicat direcțiile de cercetare, dinspre planetele și sateliții sistemului solar spre exoplanete și adancimile universului timpuriu. Cu Compton, Chandra,  Spitzer și Kepler, unele încă active altele cu misiunea încheiată, astronomii ascultă, detectează, analizează "semnăturile", semnalele diverse ale cosmosului. Milioane de obiective spațiale se află în atenția umanității în fiecare clipă, arsenalul observațional celest fiind completat, în acest efort,  cu telescoape terestre, o rețea pluricontinentala care include, printre altele, observatoarele Las Campanas din Chile--cu două telescoape Magellan active și unul gigant în construcție--Fred Lawrence Whipple în sudul Arizonei și Roque de los Muchachos în insulele Canare.

Steven Finkelstein:  Sunt expert în galaxiile universului timpuriu. Prima jumătate de miliard de ani a istoriei cosmice ne-a fost ascunsă:  din cauza expansiunii universului, galaxiile se îndepărtează atât de rapid încât lumina lor s-a mutat în infraroșu. Din acest motiv Hubble, în esență un telescop de lumină vizibilă, n-a putut repera acele galaxii.

Reporter:  În decembrie 2021 a fost lansat telescopul James Webb, care are un preț exorbitant dar și capacitatea de a lărgi câmpul observației umane. Ce va surprins cel mai mult la peisajul celest deschis de Webb?

Steven Finkelstein:  Date primim de numai câteva luni, dar una dintre revelațiile acestei faze este rapiditatea cu care universul timpuriu pare să genereze galaxii. Imaginile regiunilor formatoare de stele, în galaxia noastră și în vecinătatea ei, sunt absolut uimitoare, frumoase estetic și fascinant-detaliate științific în ce privește galaxiile până acum inaccesibile observației umane.   Nu mi-aș fi putut imagina o astfel de abundență galactică; aveam o idee, dar realitatea depășește previziunile. Ultimele date vor determina revizuirea unor teorii despre formarea stelelor în era celestă timpurie: par să se formeze extrem de rapid și eficient. Nu la fel stau lucrurile în propria noastră galaxie, Calea Lactee, unde astăzi formarea de stele este un proces cam ineficient: majoritatea gazelor nu devin astre.

Reporter:  Care sunt, raportându-ne la Calea Lactee, caracteristicile galaxiilor recent dezvăluite?

Steven Finkelstein: Comparativ cu Calea Lactee  galaxiile universului timpuriu sunt destul de mici, cam de o sută de ori mai mici, dar rata anuală a transformării gazelor în stele  este mai mare pe unitatea de masă/volum. Au deci un mecanism prin care produc stele cu un randament mai mare. Există câteva ipoteze  în acest sens, una dintre ele că densitatea gazului este, în acele galaxii, mult mai mare.  Într-o galaxie  cu masă de o sută de ori mai mică volumul scade la cub. Cu alte cuvinte, mult mai multă masă într-un spațiu mult mai compact. Asta poate fi o explicație a ratei net superioare de formare stelară.

Reporter: Cât de mult a extins Webb perimetrul celest observabil? La ce distanță  de Terra se află acum marginea universului accesibil tehnologiei umane?

Steven Finkelstein:  Nu vă pot da o distanță. E de ordinul zecilor de miliarde ani-lumină. Mi se pare mult mai intuitiv s-o exprim în termeni de timp cosmic, de perioadă a istoriei universului.  Universul are aproximativ 13,8 miliarde de ani, galaxiile vizibile acum provin din primii 300-400 de milioane după Big Bang.  Avem deci acces doar la o mică fracțiune a istoriei noastre cosmice.

Reporter:  Când privim galaxiile timpurii privim istoria Pământului?

Steven Finkelstein:  Da, absolut, numai că  nu ne putem întoarce literalmente în timp, nu putem reconstitui formarea și evoluția specifică a planetei și galaxiei noastre.  Ce putem urmări este apariția și transformarea altor galaxii cu o evoluție posibil asemănătoare Căii Lactee.  Nu avem încă mijloacele tehnologice necesare descoperirii  planetelor dinafara galaxiei noastre, suntem deci limitați la urmărirea acumulării de elemente grele precum cele din care s-a format Pământul--magneziu, fier siliciu. La un moment dat, în universul timpuriu,  elemente grele n-au existat. La data Big Bang-ului, universul conținea doar hidrogen și heliu. Unele galaxii timpurii sunt sărace în metale--neîmbogățite chimic--dar altele, mai mari,  arată capacitate de a le crea. Înseamnă că au planete? Poate. Este posibil ca îndată după Big Bang să se fi format planete în galaxiile timpurii cu atmosfere suficient de îmbogățite. E destul de speculativ, încă neobservabil.

Reporter:  Am vorbit de Hubble, lansat în aprilie 1990 și de mult mai recentul James Webb. Ce limite ale acestuia din urmă vor trebui depășite pentru a continua și lărgi explorarea spațiului cosmic? Ce întrebări despre Univers își așteptă răspunsul, ce instrumente noi sunt în lucru pentru a da aceste răspunsuri?

Steven Finkelstein: Entuziasmant este că telescopul spațial James Webb ne îngăduie să descrifrăm secretele erei cosmice timpurii, deși zona celestă pe care o acoperă este îngustă, similară ca magnitudine telescopului Hubble. Următorul telescop aflat în construcție la NASA și numit Nancy Grace Roman  va avea o oglindă de dimensiunea Hubble, o profunzime mai mică decât Webb dar  o cameră de luat vederi cu o apertură de aproximativ o sută de ori mai mare. Nancy Gray Roman va fi capabil să creeze hărți imense ale cerului nocturn, permițându-ne deci să accesăm și să studiem o porțiune considerabilă a spațiului. Un alt progres important va fi, la sfârșitul acestui deceniu-posibil începutul următorului, intrarea în joc a  telescoapelor terestre foarte mari.  Se află în derulare trei proiecte, cel european, ELT (telescopul extra-larg), telescopul gigant Magellan--în care este implicată și instituția unde lucrez, Universitatea statului Texas--Austin--și telescopul de treizeci de metri. Cu diametre între 25 și 40 de metri și cu suprafețe de colectare mult mai mari, ele vor permite vizualizări de mare profunzime pentru orice tip de studiu astrofizic.

Reporter:  Una dintre reacțiile amatorilor ca mine, a neprofesionistilor poate cinici, este de ce toată această zbatere științifică, această cheltuială enormă de bani și energie intelectuală? Merită? Are sens, când sunt atâtea de înțeles și rezolvat aici pe Pământ?

Steven Finkelstein:  Îmi place foarte mult această întrebare. Zece astronomi dau zece răspunsuri diferite.  Răspunsul meu este că merită, pentru că e în firea omului să descifreze  lumea înconjurătoare, originile noastre ca specie. Studiul universului timpuriu este  studiul ultim al originii noastre:  de unde vine specia umană, de unde vin Terra și sistemul nostru solar, de unde vine--cum s-a format-- întreaga noastră galaxie,  Calea Lactee.