Chi decide cosa osservare con il telescopio spaziale James Webb, e come?

Quale astronomo non vorrebbe osservare con il telescopio spaziale James Webb? Sono numerosissimi i team di scienziati che presentano proposte di osservazione con questo telescopio. Ma le proposte sono troppe. Chi allora seleziona le proposte migliori e secondo quali criteri?

Ogni anno le proposte di osservazione con il telescopio spaziale James Webb (JWST) sono numerosissime. Si pensi che per effettuare solo quelle proposte nell'ultimo anno servirebbero circa 36000 ore quando invece il telescopio ne riesce ad effettuare 5000.

Quindi, la richiesta è un fattore 7.2 maggiore delle effettive possibilità. Si pone la necessità di fare una selezione in modo da accettare solo le proposte migliori, cioè quelle che permettano di fare la scienza migliore.

Perché osservare con il JWST

Con uno specchio primario di oltre 6 metri e una dotazione di 4 diversi strumenti, gioielli della tecnologia, capaci di osservare nel vicino infrarosso, JWST è un telescopio unico. Esso è in grado di osservare tanto il vicino universo (il nostro sistema solare) quanto il lontano universo con un'elevata risoluzione spaziale, producendo immagini e spettri anche di oggetti che altrimenti resterebbero nascosti dalle polveri.

E’ già lunga la lista di immagini di assoluta bellezza e le scoperte scientifiche ottenute da questo telescopio in poco più di un anno di osservazioni.

Immagine del pianeta Urano con anelli e lune recentemente osservato da JWST. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI

Dalle sue capacità hanno tratto grande vantaggio gli studiosi di esopianeti, di regioni di formazione stellare, gli studiosi del sistema solare e di oggetti extragalattici, giusto per citare alcuni ambiti di osservazione.

Come viene diviso il tempo telescopio

Il tempo totale durante il quale JWST può osservare viene suddiviso fra tre tipologie di programmi osservativi.

Programmi GTO (Granted Time Observer)

Gli scienziati che hanno contribuito a vario titolo alla realizzazione di componenti hardware e software del telescopio e della sua strumentazione hanno diritto ad avere garantita una frazione di tempo per le osservazioni di oggetti di proprio interesse, come riconoscimento per il lavoro fatto.

I programmi GTO, tuttavia, sono operativi solo per i primi tre anni di vita del telescopio, dopodiché gli scienziati a cui veniva garantito tempo di osservazione potranno continuare a proporre proposte osservative, ma secondo la successiva tipologia di programma.

Programmi GO (General Observer)

Il General Observer Program è invece il programma generale di assegnazione tempo telescopio per tutti gli scienziati della comunità internazionale.

Lente gravitazionale — Recente immagine del gigantesco ammasso di galassie MACS0416 con effetto di lente gravitazionale osservato con JWST. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, Jose M. Diego (IFCA), Jordan C. J. D'Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Haojing Yan (University of Missouri)

Gli scienziati (che non hanno contribuito alla costruzione del telescopio e dei suoi strumenti) possono presentare tre tipologie di proposte osservative: small (se propongono l’uso di JWST per meno di 25 ore di osservazione); medium (per richieste tra 25 e 75 ore); large (per programmi osservativi per cui servono più di 75 ore). Esistono anche i long-term program nel caso in cui le osservazioni vanno fatte durante un intervallo di tempo superiore ad 1 anno.

Esiste inoltre la possibilità di presentare programmi congiunti per osservazioni di oggetti astronomici da effettuare simultaneamente con JWST e con l’Hubble Space Telescope (HST).

Chi seleziona le proposte

Considerata l’unicità del telescopio JWST, con le sue caratteristiche di elevatissima risoluzione spaziale e capacità di spettroscopia e di imaging nel vicino infrarosso, sono numerosissimi gli oggetti astronomici per cui le sue osservazioni sarebbero preziose. Di conseguenza, sono numerosissimi gli scienziati e i loro team che chiedono di poter osservare con JWST.

Il tempo disponibile non è sufficiente a soddisfare tutte le proposte osservative per cui è necessario operare una selezione e ammettere solo le proposte migliori.

Per effettuare questa selezione esiste una commissione apposita, chiamata Time Allocation Committee (Commissione per l’Assegnazione del Tempo telescopio) costituita da eminenti scienziati. A questi è affidato il compito di leggere attentamente le numerose proposte di osservazione per selezionare le migliori.

Criteri di selezione

Esistono delle scadenze (deadlines) entro cui gli scienziati presentano le loro proposte di osservazione per il successivo anno, o più tecnicamente Ciclo (che nel caso di JWST ha la durata di un anno). Il Ciclo 1 di osservazioni è terminato nel Giugno 2023; a partire dal luglio 2023 sono iniziate le osservazioni del Ciclo 2 che termineranno nel giugno 2024, quando inizierà il Ciclo 3 di osservazioni.

Per il Ciclo 2 in corso sono state messe a disposizione 5000 ore di osservazioni per il programma GO. Di queste 2900 ore sono state assegnate ai programmi small, 1250 ai programmi medium, 850 per i programmi large.

Entro la deadline, il TAC riceve quindi migliaia di proposte di osservazione.

Lo scopo principale del TAC è quello di garantire che tutta la comunità scientifica abbia uguale possibilità di accesso all’uso del telescopio e contemporaneamente di massimizzare il risultato scientifico del telescopio.

Per conseguire questi due obiettivi è stato elaborato un particolare procedimento di selezione chiamato “dual-anonymous proposal review process”, ossia un processo di revisione della proposta doppiamente anonima.

Tutti i telescopi a cui la comunità internazionale (ad esempio Hubble, ALMA, ...) ha accesso hanno simili procedure di selezione delle proposte osservative.

Tutte le proposte di osservazione vengono lette ad una ad una e studiate dai membri del TAC.

Prima fase

Nella prima fase, tutti i riferimenti al team che ha proposto le osservazioni vengono oscurati in modo tale che la commissione si focalizzi esclusivamente sulla qualità della proposta scientifica, senza possibilità di essere influenzata da genere, nazionalità, e conoscenza del team proponente.

Durante il processo di selezione è presente una figura particolare, il “Leveler” o livellatore, la cui unica funzione è far sì che la discussione rimanga focalizzata esclusivamente sul merito scientifico e non del team proponente, qualora questo venga indirettamente identificato.

Tutte le proposte, così valutate anonimamente, vengono classificate in ordine di merito, sulla base anche della loro fattibilità e della congruenza con l’ammontare di ore richieste.

Seconda fase

Nella seconda fase, la commissione ha accesso alle informazioni sul team proponente e sulle esperienze e meriti scientifici di questo (una delle informazioni da fornire nella preparazione di una proposta osservativa è proprio quella sulla composizione del team e sulle sue esperienze).

Cas A — Immagine del resto di supernova Cassiopeia A ottenuta con JWST. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, D. Milisavljevic (Purdue University), T. Temim (Princeton University), I. De Looze (Ghent University)

A questo punto, sulla base delle informazioni personali dei membri del team associati a ciascuna proposta, la commissione non può cambiare il punteggio assegnato ma aggiungere un flag di "downgrade", con voto di maggioranza e motivazione scritta, per cui la proposta viene bocciata (si tratta di rari casi in cui il team risulta non essere qualificato affatto a portare avanti la proposta presentata).

Partendo da quelle con il massimo punteggio, via via le proposte vengono approvate fino ad esaurimento delle ore disponibili.

Una volta effettuate le osservazioni richieste in una delle proposte accettate, il team ha l'esclusiva su quelle immagini o spettri per un anno, dopodiché le osservazioni diventano pubbliche e messe in archivi pubblici per cui qualunque scienziato può utilizzarle per farne la propria ricerca.

Le immagini spettacolari ottenute con JWST che frequentemente troviamo sul web, comprese quelle pubblicizzate anche da Meteored, non sono pertanto ottenute scegliendo casualmente l'oggetto o per diletto, sono piuttosto quelle ottenute nelle diverse proposte osservative approvate dal TAC e successivamente analizzate, interpretate e infine pubblicate dal team che le aveva proposte.