Speurwerk in ruimtetelescoop-archief onthult verborgen rotsblokken in ons zonnestelsel
De James Webb ruimtetelescoop (JWST) maakt al jaren foto's van sterren en verre sterrenstelsels. Maar tussen al die beelden verstopt zich nog iets anders: kleine, snel bewegende brokken steen en ijs uit ons eigen zonnestelsel. Een groep onderzoekers ontdekte een slimme manier om die objecten alsnog op te sporen, zonder dat er ook maar één nieuwe foto gemaakt hoeft te worden.
Het probleem is namelijk dat deze kleine hemellichamen, zoals asteroïden of stukjes puin voorbij Neptunus, vaak niet als scherpe stip op een foto staan. Omdat de telescoop lang stilstaat op verre sterren, terwijl het object zelf beweegt, ontstaat er een streep op de foto. Zo'n streep verdunt het licht over een groter oppervlak. Daardoor is het object moeilijker te onderscheiden van ruis, en wordt het vaak over het hoofd gezien.
Hoe een foto eigenlijk uit stukjes bestaat
Wat weinig mensen weten: een enkele JWST-foto is geen momentopname. De camera aan boord (NIRCam) leest de sensor tijdens één belichting meerdere keren uit, bijvoorbeeld 4 of 6 keer. Deze tussenstanden noemen onderzoekers "groepen". Normaal gesproken worden al die groepen samengevoegd tot één definitieve foto, waarbij de beweging van een object dus over de hele belichtingstijd wordt uitgesmeerd.
De truc van de onderzoekers is simpel maar effectief: in plaats van die groepen samen te voegen, vergelijken ze de opeenvolgende tussenstanden met elkaar. Door het verschil tussen groep 2 en groep 1 te nemen, tussen groep 3 en groep 2, enzovoort, ontstaat een reeks korte "deelbeeldjes". Op elk deelbeeldje is de streep van een bewegend object veel korter, omdat het minder tijd heeft gehad om te bewegen. Een kortere streep betekent een helderder, makkelijker te herkennen signaal.
Vervolgens gebruiken de onderzoekers een wiskundige methode (een aanpassing met de kleinste-kwadratenmethode) om al die deelbeeldjes langs de verwachte baan van een object bij elkaar op te tellen. Dat levert een veel sterker signaal op dan wanneer je alleen naar de standaard, samengevoegde foto kijkt.
De onderzoekers testten hun methode op 13 bewegende objecten die al bekend waren in het JWST-archief, en deden daarnaast een simulatie waarbij ze kunstmatige objecten "injecteerden" in echte telescoopbeelden om te zien hoeveel er teruggevonden werden. Voor de meest gebruikelijke belichtingen, met 4 of 6 groepen, bij waarnemingen dicht bij het vlak waarin de planeten om de zon draaien, werd de gevoeligheid tussen de 1,1 en 1,4 magnitude beter. Dat klinkt misschien klein, maar in de sterrenkunde betekent dit dat je opeens veel zwakkere, kleinere objecten kunt zien die eerder onzichtbaar waren.
Wat betekent dit (nog) niet: deze methode levert geen nieuwe ontdekkingen van specifieke, nooit eerder geziene objecten in dit onderzoek zelf. Het is een techniek die het mogelijk maakt om bestaande en toekomstige JWST-archiefbeelden opnieuw te doorzoeken. De werkelijke winst, hoeveel nieuwe kleine hemellichamen dit uiteindelijk oplevert, moet nog blijken uit vervolgonderzoek waarin de methode grootschalig wordt toegepast op het volledige archief.
Waarom is dit belangrijk? Het JWST-archief bevat al duizenden opnames die voor heel andere doelen zijn gemaakt, bijvoorbeeld om sterrenstelsels of exoplaneten te bestuderen. Toch kunnen er toevallig kleine zonnestelselobjecten doorheen zijn geflitst zonder dat iemand het merkte. Door deze nieuwe rekentruc toe te passen op al die oude data, kunnen wetenschappers zonder extra telescooptijd alsnog meer weten komen over de kleinste bewoners van ons zonnestelsel, van asteroïden dichtbij tot verre ijsklompen aan de rand van ons planetenstelsel.