De James Webb-ruimtetelescoop onthult het universum in verbluffende, ongekende helderheid.
Wat zijn de taken van Webb?
Bovendien ontvangt Webb de meest completeeen idee over de objecten van de Melkweg, namelijk over enkele van de 5.000 planeten die in de Melkweg zijn ontdekt. Astronomen gebruiken de precisie van telescooplichtanalyse om de atmosfeer rondom sommige van deze nabijgelegen werelden te ontcijferen. De eigenschappen van hun atmosfeer zullen van cruciaal belang zijn om te begrijpen hoe de exoplaneet is ontstaan en of er tekenen van leven zijn.
Wat is het probleem?
MIT-personeelInstituut heeft een nieuw onderzoek uitgevoerd. Wetenschappers speculeren dat de instrumenten die astronomen doorgaans gebruiken om lichtsignalen te decoderen wellicht niet goed genoeg zijn om de gegevens van de nieuwe telescoop nauwkeurig te interpreteren. Met name opaciteitsmodellen – hulpmiddelen die modelleren hoe licht met materie interageert op basis van de eigenschappen ervan – vereisen mogelijk een aanzienlijke aanpassing om de nauwkeurigheid van Webbs gegevens te evenaren.
Als deze modellen niet definitief zijn, dan zijn de eigenschappenplanetaire atmosferen, zoals hun temperatuur, druk en elementaire samenstelling, kunnen een orde van grootte verschillen. Dit betekent dat wetenschappers het bij het verkeerde eind hebben in hun berekeningen.
Webb-telescoopillustratie, NASA
Er is een wetenschappelijk significant verschil tussenmet een verbinding zoals water in een hoeveelheid van 5% en 25%, die moderne modellen niet kunnen onderscheiden. Het model dat NASA-wetenschappers gebruiken om spectrale informatie te ontcijferen, komt niet overeen met de nauwkeurigheid en kwaliteit van de gegevens verkregen uit de James Webb-telescoop. Zoals wetenschappers opmerkten, is het noodzakelijk om het probleem van de ondoorzichtigheid op te lossen.
Wat is ondoorzichtigheid?
De dekking is een maatstaf voor hoe gemakkelijk het isfotonen passeren het materiaal. Zoals u weet, kunnen fotonen met bepaalde golflengten rechtstreeks door een materiaal gaan, worden geabsorbeerd of worden teruggekaatst. Het hangt allemaal af van de vraag of en hoe ze interageren met bepaalde moleculen in het materiaal. Dergelijke interacties zijn ook afhankelijk van de temperatuur en druk van het materiaal.
Het dekkingsmodel werkt op basis vanverschillende aannames over hoe licht interageert met materie. Astronomen gebruiken het om bepaalde eigenschappen van een materiaal af te leiden op basis van het spectrum van licht dat door het materiaal wordt uitgezonden. In de context van exoplaneten maakt het opaciteitsmodel het mogelijk om het type te ontcijferen en overvloed aan chemicaliën in de atmosfeer van een planeet, gebaseerd op het licht dat erdoor wordt gereflecteerd en door de telescoop wordt opgevangen.
Wat gebeurt er nu?
Het huidige moderne opaciteitsmodel,wat MIT vergeleek met een klassiek vertaalhulpmiddel ‘werkt behoorlijk’. Normaal gesproken ontcijfert het spectrale gegevens verkregen door telescopen zoals de Hubble-ruimtetelescoop.
Eerste foto van JSWT, NASA
‘Tot nu toe is deze Rosetta-steen alles“Oké”, schrijven de wetenschappers. Maar nu wetenschappers naar het ‘volgende niveau’ gaan, werkend met de ultraprecieze instrumenten van Webb, zal het huidige vertaalproces ‘de belangrijke subtiliteiten niet vastleggen’. Bijvoorbeeld degenen die een planeet die geschikt is voor leven onderscheiden van een onbewoonbare planeet.
Wat hebben de wetenschappers gedaan?
In een nieuwe studie zochten MIT-onderzoekers naarwelke atmosferische eigenschappen het model krijgt als het op maat wordt gemaakt. Het doel is om bepaalde beperkingen toe te staan bij het begrijpen van de interactie tussen licht en materie. Als gevolg hiervan creëerden wetenschappers acht van dergelijke ‘verstoorde’ modellen.
Vervolgens hebben ze elk model inclusief op voorraad gehoudenechte versie, "synthetische spectra". We hebben het over lichtpatronen die wetenschappers hebben gemodelleerd. Ze zijn vergelijkbaar met de nauwkeurigheid die de James Webb-telescoop kon registreren.
Wat ontdekten de wetenschappers?
Het bleek dat, op basis van sommigenen dezelfde lichtspectra levert elk verstoord model grootschalige voorspellingen van de eigenschappen van de atmosfeer van de planeet. Op basis van hun analyse concludeerden de wetenschappers dat als bestaande opaciteitsmodellen zouden worden toegepast op de lichtspectra die door de Webb-telescoop zijn vastgelegd, ze een zekere ‘muur van nauwkeurigheid’ zouden bereiken. Simpel gezegd: ze zullen niet gevoelig genoeg zijn om de werkelijke temperatuur van de planeet te achterhalen (300 of 600 graden Kelvin, 26,85 °C - 326,85 °C) en welk gas 5% of 25% van de atmosferische laag in beslag neemt.
Dit verschil is belangrijk zodat wetenschappers de mechanismen voor planeetvorming kunnen beperken en op betrouwbare wijze biosignaturen kunnen identificeren.
Het team vond ook dat elk model ookzorgde voor een “goede fit” met de data. Dit betekent dat zelfs als het verstoorde model de verkeerde chemische samenstelling opleverde, het zijn lichtspectrum genereerde. Het was dicht genoeg om "overeen te komen" met het origineel.
Waar komt het op neer?
Er zijn genoeg parameters die moeten worden aangepast, zelfs met het verkeerde model, om een goede pasvorm te krijgen. Dit betekent dat u niet zeker weet dat het model onjuist is.
Wetenschappers hebben verschillende ideeën bedacht over hoebestaande dekkingsmodellen verbeteren. Er moeten bijvoorbeeld aanvullende laboratoriummetingen en theoretische berekeningen worden uitgevoerd om de aannames over de interactie tussen licht en verschillende moleculen te verfijnen. Ook samenwerking tussen wetenschappers uit verschillende vakgebieden is noodzakelijk. In het bijzonder tussen astronomen en spectroscopiespecialisten.
Er zou veel kunnen worden gedaan als we perfect wisten hoe licht en materie op elkaar inwerken.
Lees verder:
Mysterieuze 'blue goo' op de bodem van de zee verbijstert wetenschappers
Ontwikkelde generator voor windparken zonder dure magneten
Kijk naar een fenomeen dat gewoon onmogelijk is op Mars
Hi-Tech vertaalde en bewerkte het artikel van JenniferChu's "Study: Astronomers riskeren planetaire signalen verkeerd te interpreteren in James Webb-gegevens", gepubliceerd in MIT News, een site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs. Het originele artikel vindt u via de link.
Omslagillustratie: Thibaut Roger, Thibaut Roger
Auteursrecht: © CC BY-NC-SA 4.0