Как выглядит Вселенная, если наблюдать её через специализированные инфракрасные фильтры? Физиологические особенности человеческого зрения ограничивают наше восприятие достаточно узким диапазоном видимого света электромагнитного спектра. Однако для всестороннего изучения космоса астрофизикам необходимо выходить за пределы этих оптических ограничений и фиксировать излучение на других длинах волн.
В качестве наглядного примера подобных исследований можно рассмотреть изображения спиральной галактики IC 5332, полученные двумя космическими обсерваториями НАСА. Космический телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST) исследовал данный объект в среднем инфракрасном диапазоне, в то время как космический телескоп "Хаббл" произвёл съемку в ультрафиолетовом и видимом спектрах.
На оптических кадрах "Хаббла" отчётливо прослеживаются спиральные рукава галактики, которые визуально разделены обширными тёмными провалами. В то же время инфракрасные данные обсерватории "Уэбба" раскрывают принципиально иную морфологию. Здесь тёмные зоны сменяются сложной, детализированной и паутинообразной структурой.
Физика этого визуального расхождения заключается во взаимодействии света с межзвёздной средой. Скопления космической пыли эффективно рассеивают и поглощают высокочастотное излучение (видимый и ультрафиолетовый свет) от звёзд галактики. Именно этот процесс поглощения формирует характерные тёмные полосы и пылевые провалы на снимках "Хаббла". Однако эта же межзвёздная пыль, нагреваясь под воздействием поглощённого света звёзд, начинает излучать собственную тепловую энергию в виде инфракрасных волн. В результате области, которые казались непроницаемо-чёрными в видимом спектре, ярко светятся на инфракрасных снимках "Уэбб".
Для того чтобы фиксировать столь слабое тепловое свечение, прибор для работы в среднем инфракрасном диапазоне MIRI (Mid-Infrared Instrument), установленный на телескопе "Уэбб", требует поддержания экстремальных рабочих условий. Его оборудование функционирует при криогенной температуре около −266 градусов цельсия. Без качественного принудительного охлаждения высокочувствительные детекторы фиксировали бы инфракрасное (тепловое) излучение от аппаратуры самого телескопа, что создало бы непреодолимые помехи для научных наблюдений.
Синтезируя данные, полученные в различных спектральных диапазонах, астрономы имеют возможность связать микрофизические процессы, динамику холодного газа и локальное звездообразование, с глобальными макроскопическими процессами формирования структуры и эволюции галактик в целом.