Κοιτάζοντας πολύ μακριά, μπορούμε να κοιτάξουμε πίσω στο χρόνο. Αυτό το απλό αλλά γεμάτο μυαλό γεγονός επιτρέπει στους αστρονόμους να παρατηρούν στιγμιότυπα του σύμπαντος σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, χρησιμοποιώντας τα για να συνθέσουν το σύνθετο ιστορικό της κοσμικής εξέλιξης. Με κάθε νέο τηλεσκόπιο που χτίζουμε, μπορούμε να δούμε μακρύτερα και νωρίτερα στην ιστορία του σύμπαντος. Το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb (JWST) ελπίζει να κοιτάξει όλος ο δρόμος πίσω όταν σχηματίστηκαν οι πρώτοι γαλαξίες.
σχετικό περιεχόμενο
- Γνωρίστε τον διάδοχο στο Hubble που θα περάσει από το χρόνο
Η ιδέα ότι η θέαση αντιστοιχεί στην κοιτάζοντας πίσω είναι σχετικά μικρή. Προέρχεται από τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία επιβεβαιώνει - μεταξύ άλλων - ότι το φως ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός και ότι τίποτα δεν ταξιδεύει γρηγορότερα από αυτό. Σε καθημερινή βάση, σχεδόν ποτέ δεν βιώνουμε τις συνέπειες αυτής της έννοιας, επειδή η ταχύτητα του φωτός είναι τόσο μεγάλη (300.000 km / s ή περίπου ένα εκατομμύριο φορές ταχύτερη από ένα αεριωθούμενο αεροπλάνο) ότι αυτός ο "χρόνος ταξιδιού" έχει ελάχιστα σημασία. Αν ενεργοποιήσουμε το φως ή κάποιος μας στείλει ένα μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου από την Ευρώπη, αντιλαμβανόμαστε αυτά τα γεγονότα (βλέπουμε τον λαμπτήρα να συνεχίζεται ή να λαμβάνεται το μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου) ως στιγμιαία, επειδή το φως χρειάζεται μόνο ένα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου για να ταξιδέψει δωμάτιο ή ακόμα και σε ολόκληρη τη Γη. Αλλά σε μια αστρονομική κλίμακα, το πεπερασμένο της ταχύτητας του φωτός έχει βαθιές συνέπειες.
Ο ήλιος είναι περίπου 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά, πράγμα που σημαίνει ότι το φως από τον ήλιο διαρκεί περίπου 8 λεπτά και 20 δευτερόλεπτα για να φτάσει σε μας. Όταν κοιτάζουμε τον ήλιο, βλέπουμε μια εικόνα 8 λεπτών. Ο πλησιέστερος γειτονικός μας γαλαξίας, η Ανδρομέδα, απέχει περίπου 2, 5 εκατομμύρια έτη φωτός. όταν κοιτάζουμε την Ανδρομέδα, το βλέπουμε όπως ήταν πριν από 2, 5 εκατομμύρια χρόνια. Αυτό μπορεί να μοιάζει πολύ με τις ανθρώπινες χρονολογικές κλίμακες, αλλά είναι πολύ μικρός χρόνος όσον αφορά τους γαλαξίες. η "παρωχημένη" εικόνα μας είναι ίσως ακόμα μια καλή παράσταση για το πώς βλέπει η Ανδρομέδα σήμερα. Ωστόσο, η τεράστια απεραντοσύνη του σύμπαντος εξασφαλίζει ότι υπάρχουν πολλές περιπτώσεις για τις οποίες ο χρόνος ταξιδιού του φωτός έχει σημασία. Αν κοιτάξουμε έναν γαλαξία ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός μακριά, το βλέπουμε όπως ήταν πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια, αρκετός χρόνος για να αλλάξει σημαντικά ο γαλαξίας.
Έτσι, πόσο πολύ πίσω στο χρόνο μπορούμε να δούμε; Η απάντηση στο ερώτημα αυτό καθορίζεται από τρεις διαφορετικούς παράγοντες. Το ένα είναι ότι το σύμπαν είναι "μόνο" 13, 8 δισεκατομμυρίων ετών, έτσι δεν μπορούμε να κοιτάμε πίσω στο χρόνο σε μια εποχή πιο απομακρυσμένη από την αρχή του σύμπαντος, γνωστή ως Μεγάλη Έκρηξη. Ένα άλλο ζήτημα - τουλάχιστον αν ασχολούμαστε με αστροφυσικά αντικείμενα όπως οι γαλαξίες - είναι ότι χρειαζόμαστε κάτι για να το δούμε. Το πρωταρχικό σύμπαν ήταν μια ζεστή σούπα στοιχειωδών σωματιδίων. Χρειάστηκε αρκετός χρόνος για αυτά τα σωματίδια να κρυώσουν και να συσσωρευτούν σε άτομα, αστέρια και γαλαξίες. Τέλος, ακόμη και όταν αυτά τα αντικείμενα ήταν στη θέση τους, βλέποντάς τα από τη Γη πολλά δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα απαιτεί εξαιρετικά ισχυρά τηλεσκόπια. Η φωτεινότητα των φυσικών πηγών μειώνεται ραγδαία με την απόσταση και η προσπάθεια να εντοπιστεί ένας γαλαξίας σε απόσταση 1 δις ετών φωτός είναι εξίσου δύσκολη με την προσπάθεια να εντοπιστούν οι προβολείς ενός αυτοκινήτου περίπου 60.000 μίλια μακριά. Προσπαθώντας να εντοπίσουμε τον ίδιο γαλαξία σε απόσταση 10 δισεκατομμυρίων ετών φωτός είναι 100 φορές σκληρότερη.
Μέχρι στιγμής, αυτό ήταν ο κινητήριος παράγοντας για τον περιορισμό της απόστασης στους πιο μακρινούς γαλαξίες που μπορούμε να δούμε. Μέχρι τη δεκαετία του 1980, όλα τα τηλεσκόπια μας βασίζονταν στο έδαφος, όπου η ατμόσφαιρα της Γης και η φωτορύπανση παρεμπόδιζαν την απόδοσή τους. Παρόλα αυτά, γνωρίζαμε ήδη γαλαξίες που ξεπερνούν τα 5 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Η εκτόξευση του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble το 1990 μας επέτρεψε να καταστρέψουμε πολλές φορές αυτές τις αποστάσεις και, όπως γράφω αυτό, ο πιο μακρινός γνωστός γαλαξίας βρίσκεται στο παρελθόν 13, 4 δισεκατομμύρια χρόνια.
Το JWST θα χρησιμοποιήσει το υπέρυθρο φως για να μελετήσει κάθε φάση της κοσμικής ιστορίας, που κυμαίνεται από τις πρώτες φωτεινές λάμψεις μετά το Big Bang μέχρι το σχηματισμό αστρικών συστημάτων ικανών να στηρίξουν τη ζωή σε πλανήτες όπως η Γη. (NASA) Αυτό μας φέρνει σε ένα από τα βασικά ζητήματα της σύγχρονης αστρονομίας: ποιες ιδιότητες αυτών των μακρινών γαλαξιών μπορούμε να μετρήσουμε; Ενώ οι παρατηρήσεις των κοντινών γαλαξιών δείχνουν λεπτομερώς τα σχήματα και τα χρώματα τους, συχνά η μόνη πληροφορία που συλλέγουμε για τους πιο μακρινούς γαλαξίες είναι η συνολική τους φωτεινότητα. Αλλά κοιτάζοντάς τα με τηλεσκόπια που είναι ευαίσθητα στις συχνότητες φωτός πέρα από το ορατό εύρος, όπως το υπεριώδες, το ραδιόφωνο και το υπέρυθρο, μπορούμε να ανακαλύψουμε ενδείξεις για τους αστρικούς πληθυσμούς του γαλαξία, καθώς και για την απόστασή του από εμάς.
Παρατηρώντας τους γαλαξίες σε όσο το δυνατόν περισσότερες διαφορετικές συχνότητες, μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα φάσμα, το οποίο δείχνει πόσο φωτεινό είναι ο γαλαξίας σε κάθε τύπο φωτός. Επειδή το σύμπαν επεκτείνεται, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που ανιχνεύονται από τα τηλεσκόπια μας έχουν τεντωθεί κατά μήκος του δρόμου και έτσι συμβαίνει ότι η ποσότητα τάνυσης στα φάσματα είναι ανάλογη με την απόσταση του γαλαξία από εμάς. Αυτή η σχέση, που ονομάζεται νόμος του Hubble, μας επιτρέπει να μετρήσουμε πόσο μακριά είναι αυτοί οι γαλαξίες. Το φάσμα μπορεί επίσης να αποκαλύψει άλλες ιδιότητες, όπως η συνολική ποσότητα μάζας στα αστέρια, ο ρυθμός με τον οποίο σχηματίζεται ο γαλαξίας και η ηλικία των αστρικών πληθυσμών.
Μόνο πριν από λίγους μήνες μια ομάδα αστρονόμων από τις ΗΠΑ και την Ευρώπη χρησιμοποίησε παρατηρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και το τηλεσκόπιο υπέρυθρου διαστήματος Spitzer για να ανακαλύψει τον πιο μακρινό γαλαξία που είναι γνωστό μέχρι σήμερα, GN-z11. Παρατηρήθηκε μόλις 400 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη («όταν το σύμπαν ήταν μόνο το 3% της τρέχουσας ηλικίας του», σύμφωνα με τον κύριο ερευνητή Pascal Oesch) έχει μάζα ενός δισεκατομμυρίου ήλιων σε συνδυασμό μαζί, περίπου το 1/25 της δικής μας Γαλαξίας.
Το GN-z11 σχηματίζει αστέρια περίπου 20 φορές ταχύτερα, με αξιοσημείωτο ρυθμό 25 νέους ήλιους ανά έτος. "Είναι εκπληκτικό ότι ένας τόσο μαζικός γαλαξίας υπήρχε μόλις 200 εκατομμύρια έως 300 εκατομμύρια χρόνια αφότου άρχισαν να σχηματίζονται τα πρώτα αστέρια. Χρειάζεται πολύ γρήγορη ανάπτυξη, δημιουργώντας αστέρια με τεράστιο ρυθμό, για να σχηματίσουμε έναν γαλαξία που είναι ένα δισεκατομμύριο ηλιακές μάζες τόσο σύντομα ", εξηγεί ο Garth Illingworth, άλλος ερευνητής της ομάδας ανακάλυψης.
Η ύπαρξη ενός τόσο μαζικού αντικειμένου σε τόσο πρώιμο χρονικό διάστημα συγκρούεται με τα τρέχοντα σενάρια κοσμικής συναρμολόγησης, θέτοντας νέες προκλήσεις για τους επιστήμονες που εργάζονται στο μοντέλο του σχηματισμού και της εξέλιξης των γαλαξιών. "Αυτή η νέα ανακάλυψη δείχνει ότι το τηλεσκόπιο Webb (JWST) θα βρει σίγουρα πολλούς νέους γαλαξίες που φτάνουν πίσω όταν σχηματίστηκαν οι πρώτοι γαλαξίες", λέει ο Illingworth.
Το JWST έχει προγραμματιστεί να κυκλοφορήσει το 2018 και θα περιστραφεί γύρω από το σύστημα ηλίου / γης από μια ειδική θέση 900.000 μίλια μακριά από εμάς. Όπως το Hubble, το JWST θα φέρει διάφορα όργανα, συμπεριλαμβανομένων ισχυρών κάμερων και φασματογραφιών, αλλά θα έχει ενισχυμένη ευαισθησία: ο πρωταρχικός του καθρέπτης θα είναι σχεδόν επτά φορές μεγαλύτερος και η περιοχή συχνοτήτων του θα εκτείνεται πολύ περισσότερο στην υπέρυθρη περιοχή. Το διαφορετικό φάσμα συχνοτήτων θα επιτρέψει στο JWST να ανιχνεύσει τα φάσματα με υψηλότερη έκταση, που ανήκουν σε μακρύτερα αντικείμενα. Θα έχει επίσης τη μοναδική δυνατότητα να λάβει φάσματα 100 αντικειμένων ταυτόχρονα. Με το JWST, αναμένουμε να σπρώξουμε το φράγμα απόστασης ακόμα πιο μακριά, σε μια εποχή μόλις 150 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang, και να ανακαλύψουμε τους πρώτους γαλαξίες που σχηματίστηκαν ποτέ. Το JWST θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε με ποιο τρόπο τα σχήματα των γαλαξιών αλλάζουν με τον καιρό και ποιοι παράγοντες διέπουν τις αλληλεπιδράσεις γαλαξιών και τις συγχωνεύσεις.
Αλλά η JWST δεν θα κοιτάξει μόνο τους γαλαξίες. Με το να βλέπουμε το σύμπαν σε υπέρυθρο φως, θα δούμε μέσα από τις χοντρές κουρτίνες σκόνης που σαρώνουν τα νεογέννητα αστέρια και τους πλανήτες, παρέχοντας ένα παράθυρο πάνω στο σχηματισμό άλλων ηλιακών συστημάτων. Επιπλέον, τα ειδικά όργανα που ονομάζονται κορωνάγραφα θα επιτρέψουν την απεικόνιση πλανητών γύρω από άλλα αστέρια και ελπίζουμε ότι θα οδηγήσουν στην ανακάλυψη αρκετών πλανητών που μοιάζουν με τη Γη και μπορούν να φιλοξενήσουν τη ζωή. Για όσους έχουν κοιτάξει ποτέ τον ουρανό και αναρωτιούνται τι υπάρχει εκεί, η επόμενη δεκαετία θα είναι μια πολύ συναρπαστική στιγμή.
