Dopo la fasatura degli specchi, il telescopio Webb è entrato già da una decina di giorni nella nuova fase denominata allineamento "multi-instrument multi-field" (MIMF), Questa delicata operazione lo terrà impegnato per tutto il mese di aprile ed è volta ad aggiustare il fuoco del fascio di luce in entrata sul piano focale di tutti gli strumenti. Inizialmente, infatti, il fuoco è stato ottimizzato sullo strumento NIRcam, ma adesso si ripeterà la procedura sul "Sensore di Guida Fine" (FGS) e sugli altri tre strumenti scientifici, in maniera da poter inquadrare e studiare con successo un corpo celeste con qualsiasi sensore del telescopio. Nel frattempo, è iniziato il raffreddamento attivo dello strumento più estremo, detto MIRI, l'unico che lavorerà alle frequenze del medio infrarosso o infrarosso termico, praticamente inaccessibile da Terra.
Collocazione dei campi di vista dei vari strumenti, nel piano focale di JWST. - Credits: NASA
Come raccontato da Michael McElwain eCharles Bowers, entrambi scienziati del progetto Webb, presso NASA/Goddard, “l'allineamento di Webb al campo NIRCam ha generato alcune spettacolari immagini limitate dalla sola diffrazione della luce, producendo uno sguardo allettante sulle capacità che questo osservatorio otterrà nella campagna scientifica. Questa è stata una pietra miliare importante perché ha richiesto che quasi tutti i sistemi dell'osservatorio funzionassero come progettato. Tutto ha funzionato bene come abbiamo osato sperare, ed è stato sicuramente un momento da festeggiare".
“Il passo successivo è garantire che il telescopio sia ben allineato agli strumenti diversi dal NIRCam, incluso FGS e gli strumenti scientifici Near-Infrared Slitless Spectrograph (NIRISS), Near-Infrared Slitless Spectrograph (NIRISS), Near-Infrared Slitless Spectrograph (NIRSpec) e MIRI. Tutti gli strumenti nel vicino infrarosso sono già stati raffreddati passivamente, si stanno avvicinando alle loro temperature operative e stanno partecipando a questa prossima fase di allineamento. MIRI richiede il raffreddamento attivo da parte di un criorefrigeratore, che è ora in corso, e sarà pronto per l'allineamento in poche settimane.
“Questa è la sesta fase del nostro piano di allineamento del telescopio, l'allineamento del telescopio sui campi visivi dello strumento. Ciascuno degli strumenti occupa una parte del piano focale del telescopio, solo leggermente sfalsato l'uno rispetto all'altro. NIRCam è stato posizionato intenzionalmente al centro del campo del telescopio, dove le prestazioni ottiche del telescopio sono migliori grazie ai suoi severi requisiti di prestazioni di imaging. Inoltre, NIRCam era dotato di alcuni strumenti ottici specializzati utilizzati per allineare il telescopio. Tuttavia, l'allineamento iniziale utilizzando solo NIRCam potrebbe portare a un posizionamento errato che compensa gli errori da disallineamenti dello specchio primario a quello secondario con lo specchio primario stesso. Piccoli disallineamenti di questo tipo saranno evidenti nelle immagini degli strumenti più lontani dal centro del campo visivo del telescopio.
Il primo passo è stato semplicemente guardare i campi stellari visti da NIRCam, NIRISS, FGS e NIRSpec per vedere se erano a fuoco. Le stelle sembravano quasi a fuoco, il che era un segno che l'allineamento dello specchio primario con quello secondario era già molto buono. Una misurazione più accurata dell'errore ottico è stata eseguita da 5 a 10 posizioni di campo all'interno di ogni strumento scientifico operativo, utilizzando i dati acquisiti con lo specchio secondario posizionato fuori fuoco. Questo set di dati ha fornito una determinazione conclusiva dello stato di allineamento del telescopio.
MIRI, che sarà il più freddo dei quattro strumenti di Webb, è l'unico che sarà attivamente raffreddato da un sistema criogenico, o crio-refrigeratore. Questo utilizza l'elio per trasportare il calore dall'ottica e dai rivelatori MIRI verso il lato caldo del parasole. Per gestire il processo di raffreddamento, MIRI dispone anche di riscaldatori a bordo, per proteggere i suoi componenti sensibili dal rischio di formazione di ghiaccio. Il team Webb ha iniziato a regolare progressivamente sia il criorefrigeratore che questi riscaldatori, per garantire un raffreddamento lento, controllato e stabile per lo strumento. Adesso, come si capisce dalla figura in apertura, il team ha spento completamente i riscaldatori del MIRI, per portare lo strumento alla sua temperatura operativa inferiore a 7 kelvin (-266 gradi Celsius) attraverso una procedura a più stadi.
Andamento recente delle temperature assolute dello specchio primario e degli altri strumenti sul piano focale - Data source: NASA/Goddard - Processing/plot:: Marco Di Lorenzo
Nel grafico qui sopra, ricavato sempre dai dati "in tempo reale" sulla pagina ufficiale, vediamo come, fino a un paio di giorni fa, le varie porzioni sul lato in ombra sembravano ormai stabilizzate su valori compresi tra 35 e 45 kelvin (intorno a -233 °C); ultimamente, però, anche esse mostrano un repentino abbassamento, sebbene meno ripido rispetto alla camera MIRI e forse non reale ma dovuto a un semplice aggiornamento del sistema di visualizzazione.
“Il team di ottica di Webb ha analizzato il set di dati dai vari strumenti e ha stabilito che sono necessarie solo piccole regolazioni della messa a fuoco sullo specchio secondario e sugli strumenti scientifici. Poiché il telescopio si sta ancora raffreddando insieme allo strumento MIRI, non applicheremo le correzioni in questo momento e le rinvieremo al prossimo round. “Quando MIRI sarà disponibile, ogni strumento scientifico condurrà un ulteriore giro di misurazioni per determinare lo stato finale dell'allineamento del telescopio. Itereremo questo processo secondo necessità, per garantire che le prestazioni del telescopio siano ottimizzate per tutti gli strumenti. Dopo che l'allineamento del telescopio a tutti gli strumenti sarà completato, passeremo agli ultimi due mesi di messa in servizio, dove eseguiremo test di stabilità ottica e misureremo le prestazioni degli strumenti scientifici prima di intraprendere il programma scientifico del Ciclo 1".
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