Lo spettrografo nel vicino infrarosso (NIRSpec) del telescopio spaziale James Webb

This work analyzes the NIRSpec (Near Infrared Spectrograph), an instrument on the James Webb Space Telescope (JWST) designed for near-infrared spectroscopic observations over the 0.6-5.3µm range. It presents the instrument architecture, based on an all-reflective optical design with three Three-Mirror Anastigmat (TMA) subsystems dedicated to aberration correction. The two cryogenically operated HAWAII-2RG detectors are also discussed, as they are essential for recording faint spectral fluxes with high sensitivity and for minimizing instrumental noise. The three observing modes that ensure the instrument’s versatility are then examined in detail: the Micro-Shutter Array (MSA), a programmable micro-electro-mechanical system (MEMS) for multi-object spectroscopy, the Integral Field Unit (IFU) for three-dimensional spectral mapping, and the Fixed Slits (FS) for high-sensitivity observations of single targets. Finally, the analysis of transmission spectroscopy of the exoplanet WASP-39b is presented, which enabled the unambiguous identification of carbon dioxide in an exoplanetary atmosphere through the detection of the fundamental band at 4.3µm.

Questo elaborato analizza lo spettrografo NIRSpec (Near Infrared Spectrograph), strumento del James Webb Space Telescope (JWST) progettato per l’osservazione spettroscopica nel vicino infrarosso nell’intervallo 0.6-5.3µm. Ne viene presentata l’architettura strumentale, basata su un design ottico interamente riflettente con tre sottosistemi Three-Mirror Anastigmat (TMA) dedicati alla correzione delle aberrazioni. Sono inoltre trattati i due rivelatori HAWAII-2RG operanti a temperature criogeniche, essenziali per registrare deboli flussi spettrali con elevata sensibilità e per minimizzare il rumore strumentale. Vengono poi approfondite le tre modalità osservative che garantiscono la versatilità dello strumento: la Micro-Shutter Array (MSA), un sistema MEMS programmabile per la spettroscopia multi-oggetto, l’Integral Field Unit (IFU) per la mappatura spettrale tridimensionale e le Fixed Slits (FS) per l’osservazione ad alta sensibilità di singoli bersagli. In chiusura, si presenta l’analisi della spettroscopia di trasmissione dell’esopianeta WASP-39b, che ha permesso l’identificazione inequivocabile di anidride carbonica in un’atmosfera esoplanetaria tramite la rilevazione della banda fondamentale a 4.3µm.