Gli obiettivi scientifici del telescopio spaziale James Webb coprono una vasta gamma di temi e affronteranno molte questioni aperte in astronomia. Possono essere suddivisi in quattro aree principali:
Altri mondi
Domande chiave: dove e come si formano ed evolvono i sistemi planetari?
Grazie al campo in rapida evoluzione degli studi sugli esopianeti – pianeti oltre il nostro Sistema Solare – il telescopio spaziale James Webb sarà in grado di contribuire a domande chiave come: la Terra è unica? Esistono altri sistemi planetari simili al nostro? Siamo soli nell’Universo?
Webb studierà in dettaglio le atmosfere di un’ampia varietà di esopianeti. Cercherà atmosfere simili a quella terrestre e le firme di sostanze chiave come metano, acqua, ossigeno, anidride carbonica e molecole organiche complesse, nell’entusiasmante speranza di trovare i mattoni della vita. In questo modo, il telescopio spaziale James Webb integrerà l’Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey (Ariel) dell’ESA, un telescopio spaziale che studierà di cosa sono fatti gli esopianeti, come si sono formati e come si evolvono.
Più vicino a casa, Webb studierà anche i pianeti esterni nel nostro Sistema Solare. Molti esopianeti assomigliano a Nettuno e Urano, quindi lo studio dei pianeti nel nostro stesso vicinato solare può fornire nuove intuizioni per una migliore comprensione della formazione planetaria in generale.
Il ciclo di vita delle stelle
Domande chiave: come e dove si formano le stelle? Cosa determina quanti di loro si formano e le loro masse individuali? Come muoiono le stelle e in che modo la loro morte influisce sul mezzo circostante?
Le stelle trasformano gli elementi semplici dell’Universo in elementi più pesanti e, attraverso esplosioni di supernova, li diffondono in tutto il cosmo. Osservando nella parte infrarossa dello spettro, il telescopio spaziale James Webb sarà in grado di scrutare attraverso gli involucri polverosi attorno alle stelle appena nate. La sua superba sensibilità consentirà inoltre agli astronomi di indagare direttamente sui deboli nuclei protostellari, le prime fasi della nascita delle stelle.
Webb studierà le nane brune, oggetti deboli con masse tra quelle di un pianeta e una stella che non sono di per sé abbastanza massicce per avviare reazioni termonucleari e diventare stelle a tutti gli effetti. Webb determinerà come e perché nubi di polvere e gas collassano in stelle, o diventano pianeti giganti gassosi o nane brune.
Il telescopio spaziale James Webb vedrà anche le stelle più massicce esplodere come supernove e lasciare dietro di sé più nubi di polvere e gas, insieme ai preziosi metalli pesanti che arricchiscono il cosmo per formare nuove generazioni di stelle.
L’Universo primordiale
Domande chiave: che aspetto aveva l’Universo primordiale? Quando sono emerse le prime stelle e galassie?
Per la prima volta nella storia umana abbiamo l’opportunità di osservare direttamente la formazione delle prime stelle e galassie. La visione a infrarossi di Webb la rende una potente macchina del tempo che scruterà indietro di 13,5 miliardi di anni, spingendosi oltre i limiti dei ” campi profondi ” di Hubble che ci hanno mostrato le giovani galassie quando avevano solo poche centinaia di milioni di anni ed erano piccole, compatte e irregolari. La sensibilità all’infrarosso del telescopio spaziale James Webb non solo guarderà indietro nel tempo, ma rivelerà anche molte più informazioni su stelle e galassie nell’Universo primordiale. Mentre Hubble ha osservato le galassie “bambine”, Webb vedrà la fase “bambino”!
I dati di Webb risponderanno anche alle domande avvincenti su come si sono formati e cresciuti i buchi neri all’inizio e quale influenza hanno avuto sulla formazione e sull’evoluzione dell’Universo primordiale.
Galassie nel tempo
Domande chiave: come si sono evolute le prime galassie nel tempo? Cosa possiamo imparare sulla materia oscura e sull’energia oscura?
L’universo di oggi è popolato da galassie, isole cosmiche composte da centinaia di miliardi di stelle. Le loro dimensioni e forme sono molto diverse e contengono indizi su come si sono formati e si sono evoluti. Nei primi miliardi di anni, l’Universo era molto dinamico, con galassie che subivano eventi di fusione o venivano fatte a pezzi, e sono state costellate da esplosioni di supernova da stelle massicce di breve durata. Operando a lunghezze d’onda dell’infrarosso, il telescopio spaziale James Webb potrà osservare la maggior parte della luce proveniente da queste galassie primordiali e rivelare la loro nascita stellare avvolta dalla polvere e i buchi neri che assorbono materia.
Webb farà luce anche sulla materia oscura, il materiale che riempie il cosmo ma non è direttamente visibile. In questo modo, Webb completerà la missione Euclide dell’ESA che mapperà la geometria dell’Universo ed è specificamente progettata per studiare l’energia oscura, la forza dietro l’espansione accelerata dell’Universo, e la materia oscura.
