Ai confini dell’universo

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Immagine della Nebulosa Carina ottenuta da una delle prime osservazioni del telescopio Webb. Nelle dense regioni di gas e polvere (in colore bruno) si stanno formando nuove stelle. La ricchezza di dettagli in questo “panorama cosmico” dimostra la straordinaria sensibilità di questo nuovo osservatorio spaziale.

In base alle nostre stime ci sono, nell’universo, oltre cento miliardi di galassie (ognuna contenente fino a molte centinaia di miliardi di stelle), come la galassia in cui viviamo, la Via Lattea. Come si sono formate tutte queste galassie? Quali processi astrofisici sono alla base della loro nascita ed evoluzione? Rispondere a domande come queste è la sfida per cui il telescopio spaziale James Webb (JWST – James Webb Space Telescope) è stato costruito: un telescopio che potesse spingere lo sguardo dell’umanità oltre l’orizzonte del telescopio Hubble o dei grandi telescopi a terra. Per capire come nascono ed evolvono le galassie è necessario osservarne i progenitori, ovvero le proto-galassie che vediamo agli albori della storia cosmica, oggetti così lontani che la luce impiega oltre 13 miliardi di anni per raggiungerci, cosicché li vediamo com’erano poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, durante le fasi iniziali della loro formazione. Il segnale luminoso che riceviamo da queste galassie è estremamente debole e centrato alle frequenze del vicino e medio infrarosso dato che, nel viaggio attraverso lo spazio cosmico in espansione, la lunghezza d’onda della luce viene dilatata. È così che il segnale emesso nella banda visibile dalle stelle nelle galassie primordiali arriva a noi “spostato” verso il rosso. Per studiare l’origine delle galassie è quindi necessaria una strumentazione capace di rivelare segnali molto deboli nell’infrarosso – una regione dello spettro elettromagnetico per lo più accessibile solo fuori dall’atmosfera. È così che nasce il telescopio Webb. Dotato di uno specchio primario con un diametro di 6,5 m, corrispondente a un’area di oltre 6 volte quella del telescopio spaziale Hubble, e di uno schermo solare delle dimensioni di un campo da tennis, l’osservatorio opera in regime criogenico: ciò significa che sia il telescopio sia la strumentazione primaria sono mantenuti a una temperatura molto bassa, di circa -230°C, il che permette loro di funzionare in maniera ottimale nella banda infrarossa. L’osservatorio è in orbita attorno a un punto di equilibrio del sistema Terra-Sole (il punto di Lagrange L2) a una distanza di 1,5 milioni di km dalla terra (circa quattro volte la distanza della Luna dalla Terra). Questa traiettoria consente al telescopio di poter osservare, nell’arco di un anno, qualsiasi punto del cielo, mantenendo un orientamento tale da essere sempre all’ombra del suo schermo solare, e quindi sempre al freddo. I 18 elementi esagonali che compongono lo specchio primario sono realizzati in berillio, elemento al contempo molto resistente e leggero, e ricoperti da una sottilissima patina d’oro, il metallo che meglio riflette i raggi infrarossi. Come tante altre componenti di Webb, la realizzazione di queste ottiche ha richiesto lo sviluppo di tecniche innovative. Ovviamente, oltre allo studio della formazione delle galassie, un telescopio così avanzato e potente è ideale per osservare molti altri tipi di sorgenti astronomiche: dalle strutture di gas e polvere, dove si formano le stelle, ai corpi del sistema solare, dal materiale incandescente in orbita attorno ai buchi neri agli esopianeti – i pianeti che osserviamo al di fuori del sistema solare, in orbita attorno a stelle, per così dire, “nel nostro vicinato”.

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Il telescopio Webb al termine dei test eseguiti nei laboratori del Johnson Space Center della NASA in Texas, nel 2017. Sul retro, l’entrata e l’enorme porta del gigantesco criostato usato per ricreare le condizioni di vuoto e freddo dello spazio.