A cura di Ottavia Scorpati
Un viaggio scientifico tra stelle, galassie e pianeti, per rispondere alle domande più profonde sull’origine dell’Universo e sulla possibilità di vita oltre la Terra.
Fin dai primordi della civiltà umana, il cielo ha affascinato l’umanità, che guardava verso l’alto in cerca di risposte a domande sempre più complesse e misteriose. Le stelle, quei punti di luce che punteggiano la volta celeste, sono stati oggetto di miti e leggende che cercavano di spiegare l’inspiegabile. In ogni cultura, il cielo ha rappresentato non solo un limite fisico, ma anche un confine spirituale e scientifico. Con il passare del tempo, l’essere umano ha iniziato a interrogarsi sulla natura di quelle luci lontane, sull’infinito, sull’origine dell’Universo e sul posto che occupiamo in esso. Le scoperte scientifiche, accompagnate dallo sviluppo delle tecnologie, hanno progressivamente ampliato la nostra comprensione del cosmo, ma non hanno mai arrestato le nostre domande. Le domande si sono evolute, sempre più sofisticate e raffinate, andando di pari passo con i progressi nella strumentazione e nell’astronomia, permettendo di esplorare regioni dello spazio e fenomeni che prima erano semplicemente inaccessibili.
In questo contesto si inserisce il telescopio spaziale James Webb, uno degli strumenti più avanzati mai creati dall’umanità per scrutare l’Universo. Lanciato il 25 dicembre 2021, il James Webb Space Telescope (JWST) è il frutto di un impegno internazionale senza precedenti, che ha visto la collaborazione delle agenzie spaziali più importanti del mondo, tra cui la NASA, l’ESA (Agenzia Spaziale Europea) e la CSA (Agenzia Spaziale Canadese). Conosciuto anche come il “Next Generation Space Telescope”, il Webb è progettato per portare avanti l’eredità del celebre telescopio Hubble, ampliando e migliorando le sue capacità osservative attraverso l’astronomia a raggi infrarossi.
Il James Webb è dotato di una serie di innovazioni tecnologiche che lo rendono unico nel panorama astronomico. Una delle sue caratteristiche più distintive è lo specchio primario, un elemento fondamentale per raccogliere la luce proveniente dallo spazio. Composto da 18 segmenti esagonali in berillio ultraleggero, lo specchio ha un diametro complessivo di 6,5 metri, più di due volte quello dello specchio di Hubble. Questo ampio specchio consente di raccogliere una quantità di luce straordinaria, fondamentale per osservare oggetti estremamente lontani e deboli.
Inoltre, Webb è dotato di una schermatura termica a cinque strati, realizzata in Kapton, un materiale plastico che funge da parasole, proteggendo gli strumenti dalle radiazioni solari e permettendo loro di operare a temperature estremamente basse. Il telescopio deve infatti mantenere la sua temperatura operativa intorno ai 50 K (-223 °C) per garantire che le sue osservazioni nell’infrarosso non vengano distorte dal calore. Il sistema criogenico, progettato per raffreddare i rilevatori a 7 K, è essenziale per l’osservazione accurata delle lunghezze d’onda nell’infrarosso medio. Oltre a ciò, Webb è dotato di innovativi micro-otturatori programmabili che consentono di selezionare specifici spettri di luce, migliorando la capacità di analizzare fino a 100 oggetti contemporaneamente nello spazio profondo.
Una delle principali caratteristiche che distingue il telescopio James Webb rispetto ai suoi predecessori è l’utilizzo dell’astronomia a raggi infrarossi. L’atmosfera terrestre, infatti, assorbe gran parte della luce proveniente dallo spazio, in particolare nelle lunghezze d’onda infrarosse, rendendo difficile l’osservazione di molti oggetti celesti con telescopi terrestri. Nonostante i progressi nell’ottica adattiva, che hanno migliorato le capacità dei telescopi terrestri, le osservazioni spaziali rimangono le uniche in grado di fornire una visione nitida e dettagliata dell’Universo, senza le interferenze atmosferiche. Il telescopio Hubble, ad esempio, ha aperto nuovi orizzonti nell’astronomia, ma la sua capacità di osservare nello spettro visibile rimane limitata rispetto a quella del Webb, che è specificamente progettato per raccogliere radiazioni infrarosse, permettendo di esplorare regioni dello spazio invisibili ad altri telescopi.
L’astronomia a raggi infrarossi ha rivoluzionato il modo in cui esploriamo il cosmo. Grazie a questa tecnologia, il James Webb è in grado di osservare oggetti che sarebbero altrimenti oscurati dalla polvere cosmica e dai gas presenti nelle nebulose, come le nubi molecolari che favoriscono la formazione stellare. I dischi protoplanetari, che danno vita ai pianeti, e i nuclei di galassie attive, che emettono principalmente nell’infrarosso, sono solo alcuni degli oggetti che Webb potrà studiare con un dettaglio mai visto prima. Inoltre, grazie alla sua sensibilità nell’infrarosso, Webb è in grado di osservare le prime fasi dell’Universo, quando le galassie erano ancora giovani e in formazione.
Il telescopio James Webb non è solo uno strumento tecnologico avanzato, ma un catalizzatore per una serie di ricerche che potrebbero rivoluzionare la nostra comprensione dell’Universo. Le sue osservazioni spaziano in diversi ambiti della scienza, tra cui l’astrofisica, la cosmologia e l’esplorazione dei sistemi planetari. Il Webb è destinato a rispondere ad alcune delle domande più profonde sull’origine dell’Universo e sulla natura della materia oscura, dell’energia oscura e della formazione delle galassie.
Una delle principali aree di ricerca del JWST riguarda lo studio della struttura dell’Universo e della sua evoluzione. Grazie alla sua capacità di osservare oggetti lontani nel tempo e nello spazio, il Webb permetterà di investigare la distribuzione della materia oscura e della materia visibile nelle galassie più remote, che ci aiuteranno a comprendere meglio come l’Universo si è formato e come si sta espandendo. Le osservazioni delle supernove remote, la cui luminosità è ben conosciuta, consentiranno di misurare la distanza delle galassie e di fare stime più precise sulla natura e la densità della materia oscura e dell’energia oscura, che costituiscono la maggior parte dell’Universo ma che sono ancora poco comprese.
Il JWST esplorerà anche il periodo della reionizzazione, che ha avuto luogo circa un miliardo di anni dopo il Big Bang, quando l’idrogeno neutro presente nell’Universo primordiale fu ionizzato dalla radiazione emessa dalle prime stelle massicce. Questo processo ha avuto un impatto cruciale sull’evoluzione dell’Universo e sul modo in cui la luce è iniziata a viaggiare attraverso lo spazio. Studiando la reionizzazione, Webb aiuterà a capire come l’Universo è passato dalla sua fase oscura iniziale a quella in cui le stelle e le galassie hanno cominciato a brillare, rendendo l’Universo osservabile come lo conosciamo oggi.
La capacità del Webb di osservare la luce infrarossa proveniente dagli oggetti più distanti e antichi dell’Universo lo rende uno strumento perfetto per indagare le prime galassie formatesi dopo il Big Bang. Studiando le galassie nane, progenitrici delle galassie moderne, Webb permetterà di scoprire come si sono evolute nel tempo, quali processi hanno contribuito alla loro formazione e come queste galassie abbiano interagito con la materia circostante. In particolare, il JWST esaminerà la formazione dei buchi neri super massivi presenti al centro delle galassie, oggetti misteriosi che continuano a sfidare la nostra comprensione della fisica.
Il JWST è in grado di penetrare le dense nubi di polvere che avvolgono le stelle in formazione, studiando i processi che determinano la nascita di stelle e pianeti. Sarà in grado di osservare anche oggetti più piccoli, come le nane brune e i pianeti di massa intermedia, che non raggiungono una massa sufficiente per avviare la fusione nucleare e diventare stelle, ma che rivestono un’importanza fondamentale nell’evoluzione dei sistemi planetari.
Un altro dei grandi obiettivi del JWST è lo studio degli esopianeti, ossia dei pianeti che orbitano attorno a stelle diverse dal nostro Sole. Il telescopio utilizzerà diverse tecniche, tra cui i transiti e la velocità radiale, per misurare la massa degli eso-pianeti e analizzare le loro atmosfere. Questo permetterà di identificare eventuali variazioni stagionali, la presenza di molecole come l’ozono e il metano, che potrebbero essere legate a processi biologici. La spettroscopia, una delle tecniche più avanzate a disposizione di Webb, consentirà di analizzare la composizione chimica delle atmosfere planetarie e cercare segni di vita, un passo fondamentale nella ricerca di vita extraterrestre.
Galileo Galilei, nel suo “Sidereus Nuncius”, scriveva: «Grande cosa è stata aggiungere alla immensa moltitudine delle stelle fisse, visibili fino ad oggi a occhio nudo, altre innumerevoli, mai prima osservate, il cui numero supera più di dieci volte quello delle conosciute». La sua emozione di fronte alla vastità del cosmo, che si rivelava per la prima volta agli occhi dell’uomo, è un sentimento che perdura ancora oggi. Il telescopio James Webb, con le sue incredibili capacità di osservazione, ci offre un nuovo modo di guardare l’Universo, di esplorare l’infinito e di scoprire nuovi mondi e nuove emozioni. Che si tratti di galassie lontane, stelle appena nate o pianeti che potrebbero ospitare vita, l’esplorazione spaziale continua a suscitare una meraviglia senza pari, un invito a scoprire il nostro posto nell’immenso e misterioso Universo che ci circonda.
