James Webb -avaruusteleskoopin infrapuna-alueen instrumentit universumin alun tutkimiseen

Abstract

James Webb -avaruusteleskoopin keräämän datan perusteella tehtäviä tieteellisiä tutkimuksia julkaistaan mediassa jatkuvasti. Tieto siitä miten dataa oikeastaan kerätään ja analysoidaan, on hyvin jakautunutta moniin eri lähteisiin kuten NASA:n, JWST:n, ESA:n internetsivustoille ja eri alustoilla julkaistuihin tieteellisiin tutkimusartikkeleihin.

Tässä kandidaatintyössä selvitetään miten James Webb -avaruusteleskoopin instrumenttien avulla tutkitaan varhaista universumia ja miten näiden instrumenttien tuottamasta datasta voidaan tehdä päätelmiä. Työ suoritetaan kirjallisuuskatsauksena JWST:ta ja sen toimintaperiaatteita koskevaan kirjallisuuteen ja tutkimustietoon.

Teknologia on viimeisinä vuosikymmeninä mennyt hurjaa vauhtia eteenpäin ja tämä kehitys on vienyt eteenpäin myös avaruusteleskooppien teknologiaa. Edeltäjäänsä Hubble -avaruusteleskooppiin verrattaessa JWST saavuttaa etenkin kehittyneemmän elektroniikkansa ja sensoriteknologiansa ansiosta paremman herkkyyden. Herkkyyteen vaikuttaa myös oleellisesti JWST:n sijainti Lagrangen pisteessä L2, koska siellä häiriöitä aiheutuu merkittävästi vähemmän kuin maata kiertävälle Hubblelle. JWST tuottaa myös monesti dataa monen eri instrumentin yhteistyönä, jolloin universumin alkuhetkien tapahtumista saadaan monipuolisempaa tietoa ja tiedosta on helpompi tehdä päätelmiä. Universumin alun valo on punasiirtynyt infrapunasäteilyn aallonpituuksille ja toisin kuin monet avaruusteleskoopit JWST on viritetty juuri näille aallonpituuksille. Näin ollen JWST kehittyneemmän teknologian, sijaintinsa, instrumenttien välisen yhteistyön ja infrapunasäteilyn aallonpituudet kattavan virityksensä ansiosta näkee pidemmälle varhaiseen universumiin kuin Hubble tai mitkään muut aikaisemmat avaruusteleskoopit.

Scientific studies based on data collected by the James Webb Space Telescope are constantly being published in the media. Information about how the data is widely distributed among many different sources such as the websites of NASA, JWST, and ESA, and scientific research articles published on different platforms.

This bachelor's thesis explains how the instruments in the infrared range of the James Webb Space Telescope can be used to study the early universe and how conclusions can be drawn from the data produced by these instruments. The work is performed as a literature review of the research data and literature regarding JWST and its operating principles.

In recent decades, technology has moved forward at a rapid speed, and this development has also pushed the technology of space telescopes forward. Compared to its predecessor, the Hubble Space Telescope, JWST achieves better sensitivity, especially thanks to its more advanced electronics and sensor technology. The sensitivity is also significantly affected by JWST's location at the Lagrange point L2 because there is significantly less interference than the Earth-orbiting Hubble. JWST also often produces data as a collaboration of several different instruments, so that more diverse information is obtained about the events of the early moments of the universe, and it is easier to make conclusions from the information. The light from the beginning of the universe is red shifted to the wavelengths of infrared radiation, and unlike many space telescopes, JWST is tuned to precisely these wavelengths. Thus, JWST, thanks to its more advanced technology, location, collaboration between instruments, and tuning across infrared wavelengths, can see further into the early universe than Hubble or any other previous space telescope.