In poche parole scegliere cosa farà il telescopio spaziale James Webb nel suo primo anno di vita.
Alla fine di marzo, Grant Tremblay (uno degli astronomi) era seduto al computer nella sua casa di Cambridge, nel Massachusetts, ad ascoltare una riunione di Zoom.
Tutto d’un tratto ha visto apparire una serie di e-mail nella sua casella di posta. Il titolo di ogni e-mail diceva: “Lettera di notifica JWST ciclo 1”.
Capì immediatamente che quello era il giorno che lui ei suoi colleghi della comunità astronomica stavano aspettando con impazienza: era il Blacker Friday.
Blacker Friday, per intenderci, non aveva niente a che fare con gli sconti, oi venerdì (Era un martedì).
Era il giorno in cui Tremblay, un astrofisico dell’Harvard and Smithsonian Center for Astrophysics, e altri astronomi di tutto il mondo, avrebbero appreso se avessero ricevuto una piccola quantità di tempo per usare il James Webb Space Telescope , o JWST, uno dei telescopi spaziali più potenti mai creati.
Blacker Friday prende il nome da Brett Blacker, che co-gestisce il gruppo di politiche scientifiche presso lo Space Telescope Science Institute, o STScI.
Ogni anno, l’istituto è responsabile della selezione degli astronomi che avranno il tempo di utilizzare il telescopio spaziale Hubble della NASA.
E ogni anno, dopo un lungo processo decisionale, Blacker inviava una raffica di e-mail agli astronomi speranzosi, tutti nello stesso giorno alla stessa ora, informandoli se le loro proposte di utilizzare il telescopio erano state accettate o respinte.
Così è nato Blacker Friday, noto anche come Blacker Apocalypse.
Quest’anno la posta in gioco era ancora più alta nel Blacker Friday perché, per la prima volta, gli astronomi venivano informati se avrebbero avuto tempo con JWST, un nuovissimo osservatorio spaziale che è significativamente più grande e più potente di Hubble.
Previsto per il lancio nello spazio profondo alla fine di dicembre, il telescopio da quasi 10 miliardi di dollari costruito dalla NASA promette la capacità di scrutare nei recessi dell’Universo come mai prima d’ora.
Prima del lancio del JWST, STScI ha avuto l’arduo compito di capire quale delle 1.173 proposte per il primo anno di vita dell’osservatorio – noto come Ciclo 1 – avrebbe dovuto passare il tempo con il telescopio.
Come dai la priorità a ciò che dovrebbe fare l’attrezzatura spaziale più avanzata al mondo quando si accende per la prima volta?
Ebbene, la scienza deve essere a dir poco rivoluzionaria.
“Ciò che è ritenuto più interessante è la scienza considerata trasformativa, che cambierà la nostra visione dell’universo”, dice a The Verge Klaus Pontoppidan, astronomo e scienziato del progetto JWST presso STScI .
“Non vogliamo che l’osservatorio faccia le cose un po’ meglio di quanto è stato fatto prima.
Volevamo rispondere a domande fondamentali a cui non è possibile rispondere in altro modo”.
Il potere di JWST
La NASA prevede di lanciare JWST il giorno prima di Natale.
Ma per la comunità astronomica, il lancio è la vera vacanza. JWST è una delle missioni scientifiche spaziali più attese del 21° secolo, poiché ha la capacità di rimodellare l’astronomia e l’astrofisica come le conosciamo.
Questo perché il telescopio è la cosa più vicina che abbiamo a una macchina del tempo.
Con uno specchio placcato oro largo 21 piedi, JWST sarà in grado di vedere nell’infrarosso con un’incredibile sensibilità.
Sarà in grado di vedere oggetti da 10 a 100 volte più deboli di quanto può vedere il telescopio spaziale Hubble, e sarà in grado di vedere le cose con un dettaglio 10 volte migliore.
Raccoglierà luce da stelle e galassie situate fino a 13,6 miliardi di anni luce di distanza, luce che ha impiegato 13,6 miliardi di anni per raggiungere gli specchi del telescopio.
Poiché si pensa che l’Universo abbia circa 13,8 miliardi di anni, le galassie che JWST osserverà probabilmente si sono formate solo da 100 a 250 milioni di anni dopo il Big Bang.
Il nostro Universo era allora agli inizi e JWST ci fornirà le foto del bambino.
Oltre a sbirciare indietro nel tempo, il telescopio ci aiuterà a capire la struttura su larga scala dell’Universo, e forse ci dirà se continuerà ad espandersi per sempre.
Scruterà i centri delle galassie, trovando buchi neri super-massicci e aiutando gli astronomi a scoprire come questi oggetti enigmatici si sono evoluti nel tempo.
Osserverà le nascite e le morti delle stelle. Guarderà anche al nostro Sistema Solare per studiare gli oggetti più deboli ai margini del nostro vicinato cosmico.
E sarà in grado di guardare i bordi dei mondi in orbita attorno a stelle lontane. “Quasi ogni area dell’astronomia a cui puoi pensare sarà affrontata”, dice Christine Chen, astronomo associato presso STScI, a The Verge.
La promessa di JWST è sempre stata appena oltre l’orizzonte.
Da quando è stata concepita per la prima volta un’iterazione del telescopio nel 1989, la strada per il trampolino di lancio è stata lastricata di superamenti dei costi e problemi tecnici.
Ingenuamente, la NASA aveva originariamente previsto un lancio tra il 2007 e il 2011 , per un costo totale compreso tra $ 1 miliardo e $ 3,5 miliardi.
Ma JWST ha continuato a perdere una data di lancio target dopo la successiva, mentre il suo costo totale è salito a $ 9,7 miliardi .
Mentre tutti aspettavano che JWST si materializzasse, il mondo dell’astronomia è sbocciato.
Dagli anni ’90 è emerso un campo completamente nuovo, che ruota attorno allo studio dei pianeti al di fuori del nostro Sistema Solare, o esopianeti.
Da quando è stata confermata la prima rilevazione di un esopianeta nel 1992 , abbiamo scoperto migliaia di questi mondi lontani in orbita attorno a stelle aliene.
Nel 2017, gli astronomi hanno scioccato il mondo quando hanno annunciato la scoperta di un intero sistema solare alieno , composto da sette pianeti più o meno delle dimensioni della Terra, tutti orbitanti attorno a una stella nana.
E tre dei sette pianeti, conosciuti come il sistema TRAPPIST-1, si trovano nella zona abitabile della stella, dove si pensa che le temperature siano giuste in modo che l’acqua possa accumularsi sulla superficie di un pianeta.
Dopo aver scoperto una tale quantità di esopianeti, gli astronomi sono ora ansiosi di trovare quella che viene definita Terra 2.0: un pianeta delle dimensioni del nostro mondo.
In orbita attorno a una stella come il nostro Sole alla giusta distanza per la formazione di acqua liquida.
Ma gli esopianeti sono incredibilmente deboli e i metodi tradizionali per rilevarli, come guardare le stelle che si attenuano leggermente quando i pianeti passano davanti a loro, non possono dirci cosa potrebbe essere in agguato sulle loro superfici.
JWST, tuttavia, è abbastanza potente da essere in grado di rilevare la luce che passa direttamente attraverso le atmosfere di alcuni mondi alieni e utilizzare quella luce per dire quali tipi di sostanze chimiche sono presenti nell’atmosfera.
Forse potrebbe persino rilevare segni di vita.
È una capacità che nessuno aveva davvero immaginato quando JWST è stato progettato per la prima volta, ma ora è considerata una delle aree scientifiche più interessanti che il telescopio toccherà.
Significa anche che ci sono ancora più persone desiderose di ottenere solo poche ore con il telescopio spaziale più avanzato in costruzione.
“Tutti i nostri balzi trasformativi nell’astronomia osservativa sono resi possibili dalla realizzazione di pezzi di vetro sempre più grandi, giusto?” dice Tremblay.
“E quando fai un dannato pezzo di vetro abbastanza grande – e specialmente quando lo lanci nello spazio – lo spazio di scoperta per quell’osservatorio cresce con il tempo. Non diminuisce”.
La scelta della scienza
Sebbene JWST sia in definitiva una missione della NASA, è compito dello Space Telescope Science Institute determinare cosa fa effettivamente JWST nello spazio.
“Puoi pensare a noi come una sorta di parte software dell’osservatorio”, dice Pontoppidan, “mentre la NASA è la parte hardware”.
Tuttavia, STScI ha dovuto aspettare molto tempo prima di capire il programma per il primo anno di JWST, e ci sono state alcune false partenze lungo la strada.
Quando sembrava che il telescopio sarebbe stato pronto per il lancio nel 2019, l’Istituto ha invitato gli astronomi a presentare le loro proposte entro marzo 2018.
Quindi, solo una settimana prima della scadenza, la NASA ha annunciato che il telescopio non sarebbe stato lanciato prima del 2020.
STScI ha bruscamente posticipato la scadenza fino a quando non fosse stata determinata una data di lancio più concreta.
Un altro rinvio è arrivato di nuovo nel marzo 2020, a causa dell’inizio della pandemia di COVID-19.
Alla fine, dopo quella che sembrava un’eternità, gli astronomi hanno consegnato le loro proposte entro il 24 novembre 2020, due giorni prima del Ringraziamento.
Quindi è stato il momento per STScI di vagliare le oltre 1.000 idee che erano state presentate.
STScI sapeva di non poter gestire questo processo da solo. L’Istituto ha creato un Comitato per l’assegnazione del tempo che include astronomi e astrofisici di tutto il mondo.
Sono stati suddivisi in 18 pannelli, ciascuno composto da circa 10 persone incaricate di esaminare proposte per diverse aree della scienza spaziale e classificarle in base a tre criteri importanti: quanto la proposta avrà un impatto sulla conoscenza all’interno di un sottocampo, quanto avanzerà l’astronomia in generale e se l’idea proposta richiede le capacità uniche di JWST per avere successo.
Considerato il numero di persone che desiderano utilizzare JWST, l’Istituto non ha voluto dedicare tempo a un’osservazione che potrebbe essere eseguita con uno qualsiasi degli altri telescopi attualmente online.
Con tutti questi parametri in mente, il comitato si è messo al lavoro per valutare tutte le proposte.
Per cercare di eliminare il maggior numero possibile di pregiudizi dal processo di selezione, il processo è stato “doppio anonimo”.
Ciò significa che le persone che hanno scritto le proposte non avevano idea di chi le avrebbe valutate e le persone del comitato non avevano idea di chi stessero analizzando le proposte.
Di conseguenza, il 30 percento delle proposte vincitrici è guidato da donne e anche gli scienziati che studiano per i loro dottorati hanno riscontrato più successo nell’ottenere l’approvazione delle loro idee.
“Ora, dal momento che nessuno sa chi ha scritto la proposta, gli studenti possono avere lo stesso successo dei loro mentori”, afferma Chen.
Dopo un attento dibattito, il comitato ha selezionato le proposte che ha ritenuto più trasformative.
Ha quindi assegnato a ciascuna proposta un certo numero di ore di osservazione.
Alla fine, STScI ha selezionato un totale di 266 proposte , presentate da scienziati di 41 paesi in tutto il mondo.
Tremblay, l’astrofisico di Harvard, aveva presentato nove proposte per il primo anno del JWST.
Il Blacker Friday, nove nuove email erano nella sua casella di posta. (Le email non provengono più da Blacker ma dall’Ufficio Missione Scientifica di STScI). Li scorse rapidamente e ne lesse uno dopo l’altro:
“Caro dottor Tremblay,
Siamo spiacenti di informarti…”
Ha letto la frase nove volte in totale.
È stata una delusione, ma sicuramente non uno shock. “Non mi sono rotto per non aver avuto tempo quest’anno”, dice Tremblay a The Verge . “Sapevo che sarebbe stato immensamente, immensamente competitivo per il Ciclo 1, come dovrebbe essere.
E va bene. Invieremo di nuovo”.
A quasi 2.000 miglia di distanza, Caitlin Casey, un’astronoma dell’Università del Texas, stava vivendo un tipo molto diverso di Blacker Friday.
Era a casa ad Austin, con in braccio il suo bambino di due mesi addormentato, mentre faceva scorrere il telefono. È stato allora che ha visto apparire l’e-mail nella sua casella di posta.
“Caro dottor Casey,
Siamo lieti di informarla…”
L’ambizioso progetto che lei e il suo team di astronomi avevano proposto, chiamato Cosmos Web, era appena stato approvato.
E l’Istituto stava dando a Casey ben 208 ore con JWST per realizzare il suo progetto, la maggior parte di chiunque avesse presentato proposte.
Il progetto osserverà un pezzo di cielo particolarmente grande delle dimensioni di tre lune piene, un’area che si estende fino a 63 milioni di anni luce.
In questo modo creerai un ritratto del giovane universo simile all’iconico Hubble Deep Field di Hubble, che mostrava alcune delle prime galassie che potevamo osservare all’epoca.
Con le capacità potenziate di JWST, il team impiegherà l’immagine di galassie ancora più antiche con livelli di dettaglio ancora maggiori.
“Se Hubble Deep Field fosse stampato su un foglio di carta di otto e mezzo per 11, Cosmos Web sarebbe come un murale di 16 piedi per 16 sul lato di un edificio”, afferma Casey.
Rimanendo in silenzio per non svegliare il suo bambino addormentato, Casey si è connesso con giubilo a Slack e ha inviato un messaggio al suo collega e co-investigatore principale del progetto, Jeyhan Kartaltepe, un astrofisico presso il Rochester Institute of Technology.
“Tutto quello che dovevo dire era, ‘Ce l’abbiamo fatta’”, dice Casey a The Verge . “Anche lei era sbalordita insieme agli altri astronomi.
E penso che per il resto di quel giorno, sia lei che io, non siamo nemmeno riusciti a [concentrarci].
È stata una raffica di eccitazione e sono stata sopraffatta da quella notizia”.
Oltre a Cosmos Web, il sistema TRAPPIST-1 a sette pianeti riceverà molta attenzione durante il primo anno di JWST, con fino a sette diversi programmi dedicati allo studio di questo strano ammasso di mondi.
JWST cercherà nelle atmosfere di questi pianeti, oltre a dozzine di altri che abbiamo trovato in tutto l’Universo, sperando di determinare se questi luoghi potrebbero essere adatti alla vita come la conosciamo.
E ci sono centinaia di altri obiettivi che JWST osserverà, tra cui galassie, quasar, buchi neri e altro ancora.
Mentre il comitato ha cercato di essere il più logico possibile con le sue decisioni finali, tutti concordano sul fatto che la serendipità entra in gioco.
“Probabilmente c’erano molti programmi straordinari simili al nostro di altri astronomi che erano anche presi in considerazione”, afferma Casey.
“C’è sempre un piccolo elemento di fortuna nel processo di selezione finale.
Forse a qualcuno del panel è piaciuto il modo specifico in cui abbiamo presentato alcune informazioni”.
Il primo anno
Circa 10.000 ore di tempo di osservazione sono assegnate a diversi gruppi per il primo anno di vita del JWST.
Circa 6.000 ore sono state dedicate agli scienziati che hanno presentato proposte in tutto il mondo, mentre quasi 4.000 ore sono state già dedicate agli scienziati che hanno contribuito a progettare e costruire JWST e i suoi strumenti.
L’STScI ha anche circa 460 ore di tempo discrezionale che sono state assegnate per le cosiddette “Osservazioni di rilascio anticipato”.
I dati di queste ore, programmati per i primi cinque mesi di scienza, saranno resi pubblici immediatamente, in modo che chiunque, anche chi non ha avuto tempo con il telescopio, possa analizzare le osservazioni e scrivere i propri studi.
Chiunque faccia i conti si renderà conto che 10.000 ore sono in realtà più del numero di ore in un anno solare.
STScI ha volutamente sovrascritto il tempo di JWST per tenere conto di qualsiasi intoppo.
STScI pianificherà le osservazioni del JWST con incrementi di due settimane, durante le quali l’osservatorio punterà autonomamente ai bersagli previsti.
Tuttavia, è possibile che JWST non riesca a eseguire correttamente alcuni comandi di tanto in tanto.
Se ciò accade, JWST passerà semplicemente all’osservazione successiva. E l’Istituto vuole assicurarsi che il telescopio abbia piani di riserva quando si verificano tali errori.
“Non vogliamo arrivare alla fine dell’anno e quindi rimanere senza osservazioni”, afferma Pontoppidan una degli astronomi.
STScI sta anche pianificando di ritagliarsi del tempo per obiettivi che ancora non conosciamo.
Questi sono eventi come la distruzione esplosiva di una stella, nota come supernova, o quando due stelle particolarmente dense si uniscono in una fusione catastrofica, nota come kilonova.
Se gli astronomi individuano una supernova particolarmente succosa che si verifica nel cielo, gli operatori di JWST sono pronti a riorientare il programma in modo da poter osservare rapidamente le conseguenze dell’evento eruttivo.
La priorità delle osservazioni di JWST sarà determinata dal periodo dell’anno e da dove sono posizionate le cose nel cielo.
Ma per quanto riguarda la primissima osservazione che il telescopio farà, la NASA sa di cosa si tratta, ma non lo dirà.
Dovrebbe essere una sorpresa.
Mentre la flessibilità sarà la chiave per JWST Cycle 1, STScI garantisce che tutte le proposte che sono state approvate si realizzeranno .
Poiché ogni obiettivo nel cielo è nella vista di JWST due volte l’anno, se per qualche motivo viene mancato un obiettivo, c’è una seconda opportunità di osservarlo sei mesi dopo.
Se un obiettivo non viene osservato nel primo anno, potrebbe semplicemente sanguinare nell’anno successivo.
“Fondamentalmente, tutto ciò che passa attraverso il comitato – raccomandato e approvato – verrà eseguito sul telescopio”, dice Chen, “finché il telescopio, sai, funziona”.
Se tutto va bene con il lancio del telescopio, la NASA prevede di condurre almeno cinque anni e mezzo di scienza con esso, e si spera fino a 10 anni.
In definitiva, la durata dell’osservatorio è dettata dalle sue limitate riserve di carburante, necessarie per aiutare a riorientare il JWST nello spazio.
Ogni volta che il carburante si esaurisce, la missione di JWST terminerà.
Quella finalità è ancora molto lontana. Innanzitutto, JWST deve lanciare e sopravvivere effettivamente al suo viaggio nello spazio.
Una volta raggiunta la sua dimora finale a 1 milione di miglia dalla Terra, JWST subirà sei mesi di messa in servizio, durante i quali gli scienziati testeranno meticolosamente gli strumenti a bordo, prima che inizi la vera scienza.
E poi, dopo che sarà passato un periodo di scienza trasformativa, sarà il momento di presentare un altro giro di proposte.
Sebbene Tremblay sarà coinvolto in una proposta JWST per il Ciclo 1 come collaboratore piuttosto che come ricercatore principale, ha intenzione di presentare nuovamente le sue idee per il Ciclo 2.
E capirà se non verrà accettato.
“Come astronomo ci abituiamo professionalmente ai rifiuti; Potrei tappezzare il mio corridoio con i rifiuti che ho ricevuto”, dice Tremblay.
“È solo un riflesso del fatto che la comunità ha un’immensa richiesta per il telescopio. E penso che sia una cosa grandiosa”.
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