Het is vandaag precies een jaar geleden dat de James Webb Space Telescope het luchtruim koos. Een ‘Apollo-moment’ waar astronomen nu reeds – maar naar verwachting nog decennialang – de vruchten van plukken.

Waar de kerstperiode voor onze redactie meestal een tijd is waarin we het even wat rustiger aan kunnen doen – universiteiten zijn dicht, wetenschappers onbereikbaar en daarmee is het toch een beetje komkommertijd – was dat vorig jaar wel anders. De astronomische gemeenschap, maar ook velen daarbuiten, stond op scherp. Na jarenlang wachten was het dan eindelijk zover; de krachtigste ruimtetelescoop ooit zou op Eerste Kerstdag met behulp van een Ariana 5-raket in de ruimte worden gebracht. Het was nagelbijten. Een ‘Apollo-moment’ noemde ESA het zelfs. Van deze lancering hing ontzettend veel af. Niet in de laatste plaats omdat met de bouw van de telescoop een slordige tien miljard dollar gemoeid was geweest. Maar toch vooral, omdat – zoals ESA het bijna poëtisch uitdrukt – “de hoop van een nieuwe generatie astronomen in de neus van ESA’s Ariane 5-raket mee werd gevoerd”.

Succesvolle lancering
Alle zenuwen bleken ongegrond; de lancering ging van een leien dakje. Maar daarmee waren we er nog niet. Want om in de neus van de Ariana 5-raket te passen, was James Webb – een telescoop ter grootte van een tennisveld – zorgvuldig opgevouwen. En eenmaal in de ruimte moesten verschillende delen van de telescoop – de zonnepanelen, antennes, het zonneschild, de spiegels – net zo voorzichtig weer worden uitgevouwen (zie filmpje hieronder). Het vereiste in totaal zo’n 344 cruciale handelingen, waarbij elke keer de kans bestond dat er iets mis zou gaan en de hele missie zou mislukken.

Maar ook die fase kwam James Webb heelhuids door. En nadat deze zich eind januari in het Lagrangepunt 2 had genesteld en nog een paar maanden flink was afgekoeld, werd het in juli weer spannend. De eerste beelden van James Webb kwamen eraan! En die eerste beelden – vrijgegeven op 12 juli – waren direct spectaculair. Ze onthulden dat de telescoop in staat was om de hoge verwachtingen van astronomen minstens waar te maken en mogelijk zelfs te overtreffen.

Hier zie je één van de eerste beelden die James Webb maakte: de Carinanevel. Vele sterren die nooit eerder zijn waargenomen, werden nu scherp door James Webb op de foto gezet. Afbeelding: Foto: NASA, ESA, CSA, en STScI.

“De nieuwe James Webb-telescoop is revolutionair, een enorme sprong voorwaarts”, stelde NASA-topman Bill Nelson tijdens de presentatie van de eerste beelden. “We gaan dingen zien, die ik nooit voor mogelijk had gehouden. Met de infraroodtechnologie kijken we dwars door stofwolken heen naar sterrenstelsels en zwarte gaten. Het heelal is 13,8 miljard jaar oud. Wij kunnen nu 13,5 miljard jaar terug in de tijd kijken. Dit licht heeft al die tijd met 300.000 kilometer per seconde door het heelal gereisd en valt nu op onze nieuwe telescoop. Onvoorstelbaar, maar waar.”

Over de James Webb Space Telescope
De James Webb Space Telescope (JWST) is een enorme infraroodtelescoop die de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie in samenwerking met de Europese en Canadese ruimtevaartorganisatie heeft gebouwd. De telescoop is ongeveer net zo groot als een tennisveld en zo zwaar als een schoolbus. Het meest in het oog springende onderdeel zijn de 18 kleine spiegels die eenmaal in de ruimte dienst moeten doen als één enorme (6,5 meter brede) spiegel. De telescoop is de krachtigste ruimtetelescoop die de mensheid ooit heeft gebouwd en specifiek ontworpen om de eerste sterrenstelsels die kort na de oerknal ontstonden, waar te nemen en zo meer inzicht te geven in de evolutie van het universum. Daarnaast moet deze de jacht openen op aardachtige planeten, meer informatie verzamelen over hoe sterren en planeten ontstaan en evolueren en een bijdrage leveren aan de zoektocht naar buitenaards leven, door in de atmosfeer van aardachtige planeten te zoeken naar sporen van leven.

En het bleef niet bij die eerste beelden. In het eerste half jaar van zijn operationele leven heeft James Webb nog veel meer spectaculaire foto’s gemaakt én al enkele interessante bevindingen gedaan. Zo had de telescoop in augustus nog een primeur: voor het eerst kon deze het chemisch profiel van een exoplaneet (WASP-39b) onthullen. Dit betekent dat wetenschappers atomen, moleculen en zelfs tekenen van actieve chemie en wolken in kaart hebben gebracht. Zo weten astronomen dat WASP-39b geen egaal wolkendek heeft, maar dat het wolkendek – net zoals op aarde – gebroken is. “Dit gaat het onderzoeksgebied van exoplaneten volledig veranderen”, vertelde astronoom Jean-Michel Desert van de universiteit van Amsterdam in augustus. “We kunnen nu eindelijk de spectrale vingerafdrukken van de chemische samenstelling van de atmosfeer van exoplaneten waarnemen.”

Exoplaneten
En niet alleen de atmosfeer van exoplaneten konden hun geheimen onder het toeziend oog van James Webb niet langer voor zich houden; ook exoplaneten ontsnapten niet aan de nieuwsgierigheid van Webb. Zo bewees de telescoop in september dat deze ook in staat was om exoplaneten direct te fotograferen. Hij kiekte daartoe de 14 miljoen jaar oude (of beter gezegd: jonge) HIP 65426b. “Dit is een heel belangrijk moment, niet alleen voor Webb, maar ook voor de astronomie in het algemeen,” aldus onderzoeksleider Sasha Hinkley. “Dit planetaire systeem is slechts 14 miljoen jaar oud. De nieuwe gegevens zullen onze kennis vergroten over hoe planeten zich vormen en evolueren.”

Verre sterrenstelsels
En eerder deze maand was de telescoop ook nog wereldnieuws. En wel doordat deze sterrenstelsels spotte die slechts enkele honderden miljoenen jaren na de oerknal het universum bevolkten. Een record! “Hoewel we wel verwachtten dat JWST ons in staat zou stellen om heel veel nieuwe, verre sterrenstelsels waar te nemen, wisten we niet echt hoe ver terug deze zou kunnen gaan kijken,” vertelt professor Karina Caputi aan Scientias.nl. Caputi doet onderzoek naar de oorsprong en evolutie van de eerste sterrenstelsels en maakt daarbij onder meer gebruik van de data die James Webb hierover vergaart. “In zijn eerste operationele maanden heeft de JWST het bestaan van veel sterrenstelsels stammend uit de tijd van reïonisatie aangetoond en veel verder teruggekeken dan ruimtetelescoop Hubble ooit kon doen.”

Nog zo’n fantastische opname van James Webb. Hier schitteren de beroemde ‘zuilen der schepping’ – onderdeel van de Arendnevel – op onnavolgbare wijze. Afbeelding: NASA, ESA, CSA, STScI, J. DePasquale (STScI) & A. Pagan (STScI).

Het waarnemen van deze verre sterrenstelsels, stammend uit de periode kort na de oerknal is van cruciaal belang voor ons begrip van de kosmos. “Eén van de grootste vragen die astronomen hebben, is hoe het universum dat we vandaag de dag zien – gevuld met sterrenstelsels – gevormd is,” stelt Caputi. “Met de JWST verwachten we meer te weten te komen over de totstandkoming van de eerste sterrenstelsels en ook de ‘zaadjes’ of kleinere voorlopers – van de huidige, grotere sterrenstelsels te ontdekken. En al die verschillende elementen zullen ons in staat stellen om de vorming van het huidige universum te verklaren.” Hoewel James Webb reeds bewezen heeft ver terug te kunnen kijken, zit er nog veel meer in het verschiet, zo is de verwachting. “We zullen nog diepere beelden gaan maken en verwachten daar nog verder weg gelegen sterrenstelsels in aan te treffen.”

Hier zie je nog één van de eerste foto’s van James Webb die in juli werden vrijgegeven. Het is één van de favorieten van Caputi, zo vertelt ze aan Scientias.nl. “Deze eerste vrijgave van een ‘deep field’ (een opname waarvoor in de ruimte tussen zichtbare sterren wordt getuurd om verder weg gelegen, lichtzwakkere objecten waar te nemen, red.) is echt geweldig en deed ons realiseren hoe krachtig de JWST echt is; nog veel krachtiger dan we hadden verwacht.” Afbeelding: NASA, ESA, CSA, en STScI.

Onze kijk op de kosmos gaat veranderen
Hoewel James Webb nog maar zes maanden operationeel is, staat nu al vast dat deze onze kijk op de kosmos voorgoed gaat veranderen. Simpelweg door zichtbaar te maken wat eerder onzichtbaar of zelfs ondenkbaar was. Dat geldt waarschijnlijk voor verschillende deelgebieden binnen de astronomie, waaronder ook zeker het onderzoeksgebied dat zich bezighoudt met de totstandkoming van de eerste sterrenstelsels en daarmee indirect ook de totstandkoming van het universum zoals wij dat nu kennen. “Voor de JWST wisten we in feite niets over wat er in het universum gebeurde voor de start van de reïonisatie,” vertelt Caputi. “Reïonisatie is de periode waarin de eerste sterrenstelsels ontstonden en voldoende ultraviolette fotonen voortbrachten om de neutrale waterstof die het hele universum vulde, te ioniseren. Wanneer waterstof geïoniseerd wordt, wordt het transparant voor ultraviolette straling en dat betekent dat licht vrijelijk naar ons toe kan bewegen. Daarom wordt de periode voor de start van de reïonisatie ook wel aangeduid als de ‘Dark Ages’. James Webb stelt ons nu voor het eerst in staat om te verkennen wat er in die ‘Dark Ages’ gebeurde, iets waarvan we dachten dat het onmogelijk was.”

Uniek
Het moge – een jaar na de lancering van James Webb – duidelijk zijn; het is bijna onmogelijk om de waarde van de telescoop te overschatten. En daarmee vormt deze een waardevolle aanvulling op het brede scala aan telescopen dat astronomen een jaar geleden reeds tot hun beschikking hadden. “De JWST is de meest ambitieuze telescoopmissie die ooit is gebouwd,” stelt Caputi. “Het is de grootste telescoop die tot op heden de ruimte in is gestuurd. Astronomen kunnen de verste sterrenstelsels in het universum ook alleen met zo’n grote telescoop ontdekken. De golflengtes waarop de JWST observeert, zijn vanaf de grond niet gemakkelijk te observeren en de telescoop moet groot zijn om zoveel mogelijk licht te kunnen verzamelen en zo ook de verste, lichtzwakste objecten te kunnen detecteren.”

James Webb is dus uniek. En heeft in het eerste half jaar al alle verwachtingen van astronomen overtroffen. “En dit is nog maar het begin,” zo benadrukt Caputi. Want James Webb is ontworpen om zeker tien jaar mee te gaan. Maar dankzij een vlekkeloze lancering – nu precies een jaar geleden – waarbij James Webb met ongekende precisie in de ruimte werd geplaatst, waren koersaanpassingen nauwelijks nodig en bezit James Webb nog zoveel brandstof dat deze naar verwachting zeker 20 jaar operationeel kan blijven. En afgaand op de eerste zes maanden daarvan worden dat twee prachtige decennia waarin onze kijk op de kosmos – en onze plaats daarin – radicaal veranderen gaat!