Het geheim dat de James Webb-telescoop helpt het vroege heelal te verkennen

(Dan Tri) - Een machine die licht van sterrenstelsels kan waarnemen, ontstond 13 miljard jaar geleden. De James Webb-telescoop werd gebouwd om die missie te verwezenlijken.

"Tijdmachine" verkent het vroege heelal

Afbeelding van de nevel NGC 604, ongeveer 2,7 miljoen lichtjaar van de aarde, gemaakt door de James Webb-ruimtetelescoop (Foto: NASA/ESA/CSSA/STScl).

Sinds de lancering in december 2021 heeft de James Webb-ruimtetelescoop een omloopbaan van ruim 1,6 miljoen kilometer om de aarde afgelegd, waarbij adembenemende beelden van de diepe ruimte werden teruggezonden.

Wat stelde Webb in staat om zo ver terug in de tijd te "kijken" en zo het vroege heelal te verkennen?

Het geheim schuilt in het krachtige camerasysteem van Webb, met name in het vermogen om infraroodlicht vast te leggen. Dit is een type licht dat het menselijk oog niet kan zien.

Wanneer Webb een foto maakt van een verafgelegen sterrenstelsel, zien astronomen dat sterrenstelsel in werkelijkheid miljarden jaren geleden.

Licht uit de Melkweg heeft miljarden jaren door de ruimte gereisd om de spiegel van de telescoop te bereiken. Het is alsof Webb een "tijdmachine" is die beelden vastlegt van het heelal in zijn vroegste stadia.

Door een gigantische spiegel te gebruiken om dit oeroude licht op te vangen, ontdekt Webb nieuwe geheimen over het heelal.

Webb: De telescoop die warmte "ziet"

In tegenstelling tot de Hubble-telescoop of conventionele camera's, die alleen foto's maken van zichtbaar licht, is Webb ontworpen om infraroodlicht vast te leggen.

Infraroodlicht heeft een langere golflengte dan zichtbaar licht en is daardoor onzichtbaar voor het menselijk oog. Webb kan dit type licht echter opvangen om de vroegste en verste objecten in het heelal te bestuderen.

Infraroodcamera's, net als nachtkijkers, laten je infraroodgolven 'zien' die worden uitgezonden door warme objecten zoals mensen en dieren. De temperatuur van het beeld wordt gemeten in graden Fahrenheit (afbeelding: NASA/JPL-Caltech).

Hoewel infraroodlicht onzichtbaar is voor het menselijk oog, kunnen gespecialiseerde apparaten zoals infraroodcamera's of warmtesensoren het als warmte detecteren.

Nachtkijkers, die infraroodlicht gebruiken om warme objecten in het donker te detecteren, zijn een goed voorbeeld. Webb gebruikt vergelijkbare technologie ook om sterren, sterrenstelsels en planeten te bestuderen.

Webb gebruikt infraroodlicht omdat het zichtbare licht van verre sterrenstelsels tijdens de reis door de ruimte wordt uitgerekt door de uitdijing van het heelal.

Deze uitdijing zet zichtbaar licht om in infrarood licht. Hierdoor gloeien de verste sterrenstelsels in de ruimte niet langer in zichtbaar licht, maar in zwak infrarood licht. Webb is specifiek ontworpen om dit type licht te detecteren.

Reuzengouden spiegel: het zwakste licht verzamelen

Voordat het licht de camera bereikt, moet het worden vastgelegd door Webb's gigantische gouden spiegel, die meer dan 6,5 meter breed is en is samengesteld uit 18 kleinere spiegels die als een honingraat zijn gerangschikt.

Het spiegeloppervlak is bedekt met een dun laagje goud, niet alleen om het uiterlijk te verbeteren, maar ook omdat goud infraroodlicht extreem goed reflecteert.

Deze spiegel verzamelt licht uit de diepe ruimte en reflecteert het naar de instrumenten van de telescoop. Hoe groter de spiegel, hoe meer licht hij verzamelt en hoe verder hij kan kijken. De spiegel van Webbs is de grootste die ooit door mensen de ruimte in is gestuurd.

De grote spiegel van Webb, bestaande uit 18 kleine zeshoekige spiegels en bedekt met goud (foto: NASA).

NIRCam en MIRI: Webbs supergevoelige "ogen"

De twee belangrijkste wetenschappelijke instrumenten van Webb, die als camera's fungeren, zijn NIRCam en MIRI.

NIRCam (Near Infrared Camera) is Webbs hoofdcamera, die prachtige foto's maakt van sterrenstelsels en sterren. Hij beschikt ook over een coronagraaf – een apparaat dat sterrenlicht blokkeert, zodat hij foto's kan maken van zeer zwakke objecten in de buurt van heldere lichtbronnen, zoals planeten die rond heldere sterren draaien.

NIRCam werkt door nabij-infrarood licht (het licht dat het dichtst bij het menselijk oog komt) op te vangen en te splitsen in verschillende golflengtes. Hierdoor kunnen wetenschappers niet alleen de vorm van een object bepalen, maar ook de samenstelling ervan.

Verschillende materialen in de ruimte absorberen en zenden infraroodlicht uit op specifieke golflengtes, waardoor een unieke 'chemische vingerafdruk' ontstaat. Door deze vingerafdrukken te bestuderen, kunnen wetenschappers meer te weten komen over de eigenschappen van verre sterren en sterrenstelsels.

MIRI (mid-infrarood instrument) detecteert langere infraroodgolflengten, die vooral nuttig zijn voor het detecteren van koudere en stoffigere objecten, zoals sterren die zich nog vormen in gaswolken. MIRI kan zelfs helpen bij het vinden van aanwijzingen over de soorten moleculen in de atmosfeer van planeten die leven zouden kunnen ondersteunen.

Beide camera's zijn veel gevoeliger dan standaardcamera's die op aarde worden gebruikt. NIRCam en MIRI kunnen de kleinste hoeveelheid warmte detecteren van miljarden lichtjaren afstand. Als je Webb's NIRCam als je ogen had, zou je de warmte van een bij op de maan kunnen zien.

De eerste deep-field-beelden van Webbs: MIRI-beeld links en NIRCam-beeld rechts (beeld: NASA).

Om de zwakke warmte van verre objecten te detecteren, moet Webb extreem koud blijven. Daarom heeft hij een gigantisch zonnescherm ter grootte van een tennisbaan. Dit zonnescherm met vijf lagen blokkeert warmte van de zon, de aarde en zelfs de maan, waardoor Webb een temperatuur van ongeveer -223 graden Celsius behoudt.

MIRI moet nog kouder zijn, dus heeft het een eigen speciale koelkast, een zogenaamde cryokoeler, om de temperatuur dicht bij de -266 graden Celsius te houden. Als Webb zelfs maar iets warmer zou zijn, zou zijn eigen warmte de zwakke signalen die het probeert te detecteren, overstemmen.

Verander omgevingslicht in levendige beelden

Wanneer het licht Webbs camera bereikt, komt het in aanraking met sensoren, detectoren genaamd. Deze detectoren maken geen gewone foto's zoals een telefooncamera.

In plaats daarvan zetten ze infraroodlicht om in digitale gegevens, die vervolgens naar de aarde worden teruggestuurd. Daar verwerken wetenschappers de gegevens en zetten ze om in kleurenbeelden.

De kleuren die we in Webbs beelden zien, zijn niet wat de camera direct 'ziet'. Omdat infraroodlicht onzichtbaar is, wijzen wetenschappers kleuren toe aan verschillende golflengtes om ons te helpen begrijpen wat er op de afbeelding staat.

Deze bewerkte beelden helpen de structuur, leeftijd en samenstelling van sterrenstelsels, sterren en meer te onthullen.

Met behulp van een gigantische spiegel verzamelt de James Webb-telescoop onzichtbaar infraroodlicht en stuurt dit naar ultrakoude camera's. Daarmee konden we zien hoe sterrenstelsels zich vanaf het begin van het heelal vormden. We zien dus precies wat er ongeveer 14 miljard jaar geleden gebeurde.

Bron: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/bi-mat-giup-kinh-vien-vong-james-webb-co-the-kham-pha-vu-tru-so-khai-20250710034510062.htm