Come fa James Webb a vedere galassie così lontane?

Il telescopio spaziale James Webb osserva galassie lontanissime perché raccoglie la loro luce estremamente debole con uno specchio di 6,5 metri e la misura soprattutto nell’infrarosso. Non guarda letteralmente nel futuro o nel passato: riceve oggi fotoni partiti da stelle e galassie miliardi di anni fa. Per questo le sue osservazioni mostrano l’Universo com’era quando quella luce è stata emessa.

Perché guardare lontano significa guardare indietro nel tempo

La luce non arriva istantaneamente. Viaggia nel vuoto a circa 300.000 chilometri al secondo: dalla Luna impiega circa 1,3 secondi, da una stella distante quattro anni luce circa quattro anni. Dalle galassie più remote percorre distanze enormi e può metterci oltre 13 miliardi di anni per raggiungerci. Quando Webb rileva quella radiazione, fotografa quindi un’epoca cosmica molto precedente alla nostra.

Questo è il principio spiegato dalla NASA nella guida su come Webb osserva il passato. Non c’è una macchina del tempo: è il normale tempo di propagazione della luce applicato alle distanze astronomiche.

Perché il telescopio usa l’infrarosso

L’Universo si espande. Durante il viaggio verso di noi, la luce emessa dalle galassie lontane viene stirata verso lunghezze d’onda maggiori: è il redshift cosmologico. Una radiazione originariamente visibile o ultravioletta può così arrivare come infrarosso. Un telescopio costruito per registrare solo la luce visibile perderebbe gran parte di queste informazioni.

Webb impiega strumenti sensibili al vicino e al medio infrarosso, come NIRCam, NIRSpec e MIRI. L’infrarosso è utile anche per indagare regioni ricche di polvere, dove la luce visibile fatica a emergere. Per esempio, nell’approfondimento dedicato a NGC 7129 e ai getti delle stelle appena nate abbiamo mostrato come le osservazioni Webb rendano distinguibili strutture prima nascoste.

Che ruolo ha lo specchio dorato da 6,5 metri

Lo specchio primario è suddiviso in 18 segmenti esagonali rivestiti d’oro. La grande superficie permette di raccogliere più luce debole rispetto a un telescopio con specchio più piccolo. Il rivestimento dorato è scelto per le sue proprietà di riflessione nell’infrarosso, non per dare colore alle immagini.

Confrontato con Hubble, Webb possiede uno specchio più grande e strumenti ottimizzati per lunghezze d’onda più lunghe. I due osservatori sono complementari: Hubble è particolarmente importante nell’ultravioletto e nel visibile, Webb nell’infrarosso. La NASA illustra queste differenze tecniche nel confronto ufficiale.

Le fotografie colorate sono ciò che vedrebbe l’occhio umano?

No. Molte immagini diffuse dal Webb sono composizioni ottenute assegnando colori visibili a dati registrati nell’infrarosso, che l’occhio umano non percepisce direttamente. La scelta dei colori permette agli scienziati di evidenziare polvere, gas, stelle e strutture osservate in filtri differenti. Non rende i dati inventati: si tratta di una rappresentazione scientifica delle misure.

Quanto indietro può vedere davvero Webb?

Webb studia galassie la cui luce è partita oltre 13 miliardi di anni fa, quando l’Universo aveva soltanto una piccola frazione della sua età attuale. È importante non confondere il tempo trascorso durante il viaggio della luce con la distanza attuale dell’oggetto: poiché lo spazio continua a espandersi, le due quantità non coincidono.

Inoltre, osservare una galassia molto antica non significa vedere direttamente il Big Bang. Webb misura la luce di oggetti che si sono formati successivamente. La sua capacità di risolvere dettagli richiede spesso esposizioni lunghe, elaborazione dei dati e controlli incrociati con altri strumenti. La NASA descrive questi limiti e obiettivi nel documento tecnico sulle domande frequenti di Webb.

Cosa ci insegna, oltre alle immagini spettacolari

Lo scopo scientifico non è semplicemente fotografare più lontano. Webb aiuta a ricostruire quando si formarono le prime galassie, come evolsero stelle e sistemi planetari e quali componenti siano presenti in certe atmosfere. Le osservazioni vengono interpretate insieme agli spettri: questi separano la luce nelle sue lunghezze d’onda e permettono di identificare segnali fisici e chimici.

Un esempio di indagine diversa ma collegata è lo studio delle nubi d’acqua osservate da Webb su WISE 0855. Lì l’obiettivo non è guardare all’alba dell’Universo, ma comprendere l’atmosfera di un oggetto relativamente vicino. È la combinazione tra sensibilità, spettroscopia e infrarosso a rendere il telescopio utile in entrambi i contesti.

In sintesi: Webb vede lontano grazie alla raccolta della luce debolissima e all’osservazione infrarossa; vede il passato perché la luce delle galassie ha impiegato miliardi di anni per arrivare fino a noi.