Patrząc daleko, możemy spojrzeć w przeszłość. Ten prosty, ale oszałamiający fakt pozwala astronomom obserwować migawki wszechświata w różnych momentach, wykorzystując je do złożenia złożonej historii ewolucji kosmicznej. Z każdym budowanym przez nas nowym teleskopem możemy wnikać coraz głębiej w historię wszechświata. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) ma nadzieję powrócić do czasów, w których powstawały pierwsze galaktyki.
powiązana zawartość
- Poznaj następcę Hubble'a, który przejrzy się w czasie
Pojęcie, że patrzenie odpowiada spojrzeniu wstecz, jest stosunkowo młode. Wywodzi się z teorii szczególnej teorii względności Einsteina, która twierdzi między innymi, że światło porusza się z prędkością światła i że nic nie przemieszcza się szybciej. Na co dzień prawie nigdy nie doświadczamy konsekwencji tej koncepcji, ponieważ prędkość światła jest tak duża (300 000 km / s, czyli około milion razy większa niż samolot odrzutowy), że ten „czas podróży” nie ma większego znaczenia. Jeśli włączymy światło lub ktoś wyśle do nas wiadomość e-mail z Europy, postrzegamy te zdarzenia (widzimy, że żarówka zapala się lub otrzymujemy wiadomość e-mail) jako natychmiastowe, ponieważ światło zajmuje tylko ułamek sekundy pokój, a nawet wokół całej Ziemi. Ale w skali astronomicznej skończoność prędkości światła ma głębokie implikacje.
Słońce znajduje się w odległości około 150 milionów kilometrów, co oznacza, że światło słoneczne dociera do nas w około 8 minut i 20 sekund. Kiedy patrzymy na słońce, widzimy zdjęcie, które ma 8 minut. Nasza najbliższa sąsiadująca galaktyka, Andromeda, znajduje się w odległości około 2, 5 miliona lat świetlnych; kiedy patrzymy na Andromedę, patrzymy na to tak, jak było 2, 5 miliona lat temu. Może to zabrzmieć jak wiele w ludzkich skalach czasowych, ale jest to bardzo krótki czas, jeśli chodzi o galaktyki; nasz „nieaktualny” obraz prawdopodobnie nadal dobrze pokazuje, jak dziś wygląda Andromeda. Jednak sama ogrom wszechświata gwarantuje, że istnieje wiele przypadków, dla których czas podróży światła ma znaczenie. Jeśli spojrzymy na galaktykę oddaloną o miliard lat świetlnych, zobaczymy ją taką, jaką była miliard lat temu, wystarczająco długo, aby galaktyka zmieniła się znacząco.
Więc jak daleko wstecz możemy zobaczyć? Odpowiedź na to pytanie zależy od trzech różnych czynników. Jednym z nich jest fakt, że wszechświat ma „zaledwie” 13, 8 miliarda lat, więc nie możemy spojrzeć w przeszłość na epokę bardziej odległą niż początek wszechświata, znaną jako Wielki Wybuch. Inną kwestią - przynajmniej jeśli zajmujemy się obiektami astrofizycznymi, takimi jak galaktyki - jest to, że potrzebujemy czegoś, na co powinniśmy spojrzeć. Pierwotny wszechświat był płonącą zupą cząstek elementarnych. Minęło trochę czasu, zanim cząstki te ostygły i zrosły się w atomy, gwiazdy i galaktyki. Wreszcie, nawet gdy te obiekty były już na miejscu, obserwowanie ich z Ziemi wiele miliardów lat później wymaga niezwykle potężnych teleskopów. Jasność źródeł fizycznych zmniejsza się gwałtownie wraz z odległością, a próba dostrzeżenia galaktyki w odległości 1 miliarda lat świetlnych jest równie trudna, jak próba dostrzeżenia reflektora samochodu w odległości około 60 000 mil. Próba wykrycia tej samej galaktyki w odległości 10 miliardów lat świetlnych jest 100 razy trudniejsza.
Do tej pory był to czynnik napędowy ograniczający odległość do najdalszych galaktyk, jakie możemy zobaczyć. Do lat 80. wszystkie nasze teleskopy były oparte na ziemi, gdzie atmosfera ziemska i zanieczyszczenie światłem utrudniają ich działanie. Niemniej jednak byliśmy już świadomi galaktyk odległych o 5 miliardów lat świetlnych. Wystrzelenie Kosmicznego Teleskopu Hubble'a w 1990 roku pozwoliło nam wielokrotnie pobić ten rekord odległości, a kiedy to piszę, najdalsza znana galaktyka znajduje się w przeszłości aż 13, 4 miliarda lat.
JWST wykorzysta światło podczerwone do badania każdej fazy kosmicznej historii, od pierwszych świecących poświatów po Wielkim Wybuchu do formowania układów gwiezdnych zdolnych do podtrzymywania życia na planetach takich jak Ziemia. (NASA) To prowadzi nas do jednego z kluczowych zagadnień współczesnej astronomii: jakie właściwości tych odległych galaktyk możemy faktycznie zmierzyć? Podczas gdy obserwacje pobliskich galaktyk pokazują ich kształty i kolory ze szczegółami, często jedyną informacją, którą możemy zebrać na temat najbardziej odległych galaktyk, jest ich ogólna jasność. Ale patrząc na nie teleskopami wrażliwymi na częstotliwości światła poza widzialnym zasięgiem, takie jak ultrafiolet, radio i podczerwień, możemy odkryć wskazówki dotyczące gwiezdnych populacji galaktyki, a także jej odległości od nas.
Obserwując galaktyki przy możliwie wielu różnych częstotliwościach, możemy stworzyć widmo, które pokazuje, jak jasna jest galaktyka w każdym rodzaju światła. Ponieważ wszechświat się rozszerza, fale elektromagnetyczne wykrywane przez nasze teleskopy zostały rozciągnięte po drodze i zdarza się, że wielkość rozciągania w widmach jest proporcjonalna do odległości galaktyki od nas. Ten związek, zwany prawem Hubble'a, pozwala nam zmierzyć, jak daleko są te galaktyki. Widma mogą również ujawnić inne właściwości, takie jak całkowita ilość masy w gwiazdach, szybkość, z jaką galaktyka tworzy gwiazdy oraz wiek populacji gwiazd.
Zaledwie kilka miesięcy temu zespół astronomów z USA i Europy wykorzystał obserwacje z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a i kosmicznego teleskopu na podczerwień Spitzer, aby odkryć najdalszą znaną do tej pory galaktykę, GN-z11. Obserwowany zaledwie 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu („kiedy wszechświat miał zaledwie 3 procent swojego obecnego wieku”, według głównego badacza Pascala Oescha), ma masę miliarda słońc połączonych razem, około 1/25 naszej własnej Droga Mleczna.
GN-z11 formuje gwiazdy około 20 razy szybciej, w niezwykłym tempie 25 nowych słońc rocznie. „To niesamowite, że tak masywna galaktyka istniała zaledwie 200 milionów do 300 milionów lat po tym, jak zaczęły powstawać pierwsze gwiazdy. Bardzo szybko rozwija się, produkując gwiazdy w ogromnym tempie, aby tak szybko uformować galaktykę, która ma miliardy mas słonecznych ”- wyjaśnia Garth Illingworth, inny badacz z zespołu odkrywców.
Istnienie tak masywnego obiektu w tak wczesnym czasie koliduje z obecnymi scenariuszami kosmicznego montażu, stawiając nowe wyzwania przed naukowcami pracującymi nad modelowaniem formowania i ewolucji galaktyk. „To nowe odkrycie pokazuje, że teleskop Webb (JWST) z pewnością znajdzie wiele takich młodych galaktyk sięgających czasów, gdy powstawały pierwsze galaktyki”, mówi Illingworth.
Uruchomienie JWST planowane jest na 2018 rok i będzie krążyć wokół systemu Słońce / Ziemia ze specjalnej lokalizacji oddalonej od nas o 900 000 mil. Podobnie jak Hubble, JWST będzie nosił kilka instrumentów, w tym potężne kamery i spektrografy, ale będzie miał zwiększoną czułość: jego główne lustro będzie prawie siedem razy większe, a jego zakres częstotliwości sięgnie znacznie dalej w obszar podczerwieni. Różny zakres częstotliwości pozwoli JWST na wykrywanie widm o większym rozciągnięciu, należących do dalszych obiektów. Będzie także miał wyjątkową możliwość jednoczesnego pobierania widm 100 obiektów. Dzięki JWST spodziewamy się przesunąć barierę odległości jeszcze dalej, do epoki zaledwie 150 milionów lat po Wielkim Wybuchu i odkryć pierwsze powstałe galaktyki. JWST pomoże nam zrozumieć, w jaki sposób kształty galaktyk zmieniają się w czasie, oraz jakie czynniki rządzą interakcjami i fuzjami galaktyk.
Ale JWST nie będzie tylko patrzył na galaktyki. Spoglądając na wszechświat w świetle podczerwonym, będziemy mogli widzieć przez grube zasłony pyłu, które otaczają nowo narodzone gwiazdy i planety, zapewniając okno na powstawanie innych układów słonecznych. Co więcej, specjalne instrumenty zwane koronografami umożliwią obrazowanie planet wokół innych gwiazd i, miejmy nadzieję, doprowadzą do odkrycia kilku planet podobnych do Ziemi zdolnych do życia. Dla każdego, kto kiedykolwiek spojrzał w niebo i zastanawiał się, co tam jest, następna dekada będzie bardzo ekscytującym czasem.
