Kaugelt vaadates saame vaadata ajas tagasi. See lihtne, kuid meeldejääv fakt võimaldab astronoomidel jälgida universumi pilte eri aegadel, kasutades neid kosmilise evolutsiooni keeruka ajaloo kokku panemiseks. Iga uue ehitatava teleskoobiga näeme kaugemat ja varasemat universumi ajalugu. James Webbi kosmoseteleskoop (JWST) loodab, et ta suudab seda teha juba esimeste galaktikate tekkimise ajal.
Seotud sisu
- Tutvuge Hubble'i järeltulijaga, mis aja jooksul läbi tuleb
Arvamus, et väljavaatamine vastab tagasivaatamisele, on suhteliselt noor. See pärineb Einsteini erirelatiivsusteooriast, mis kinnitab muu hulgas, et valgus liigub valguse kiirusel ja miski ei liigu sellest kiiremini. Igapäevaselt ei koge me selle kontseptsiooni tagajärgi peaaegu kunagi, sest valguse kiirus on nii suur (300 000 km / s või umbes miljon korda kiirem kui reaktiivlennuk), et sellel “reisiajal” pole suurt tähtsust. Kui lülitame sisse tule või keegi saadab meile Euroopast meilisõnumi, tajume neid sündmusi (näeme, kuidas lamp põleb või saame meili) hetkelistena, sest valguse läbimiseks kulub vaid pisike sekund sekundit ruumis või isegi kogu Maa ümber. Kuid astronoomilises mõõtkavas on valguse kiiruse lõplikkusel sügavad tagajärjed.
Päike on umbes 150 miljoni km kaugusel, mis tähendab, et päikese kätte jõudmiseks kulub meieni jõudmiseks umbes 8 minutit ja 20 sekundit. Päikest vaadates näeme pilti, mis on 8 minutit vana. Meie lähim naabergalaktika, Andromeda, asub umbes 2, 5 miljoni valgusaasta kaugusel; kui vaatame Andromeeda, siis vaatame seda nii, nagu see oli 2, 5 miljonit aastat tagasi. See võib inimese ajakavas kõlada palju, kuid galaktikate osas on see tõesti väga lühike aeg; meie “seisma jäänud” pilt on ilmselt endiselt hea esitus Andromeeda väljanägemise kohta tänapäeval. Universumi lai avarus tagab aga, et paljudel juhtudel on valguse teekonna aeg oluline. Kui vaatame galaktikat miljard valgusaasta kaugusel, näeme seda sellisena, nagu see oli miljard aastat tagasi, mis on piisavalt aega galaktika oluliseks muutumiseks.
Niisiis, kui kaugele aega tagasi näeme? Sellele küsimusele annab vastuse kolm erinevat tegurit. Üks on tõsiasi, et universum on „ainult” 13, 8 miljardit aastat vana, nii et me ei saa vaadata ajas tagasi kaugemale kui universumi algus, tuntud kui Suur Pauk. Teine probleem - vähemalt kui tegemist on astrofüüsiliste objektidega nagu galaktikad - on see, et meil on vaja midagi vaadata. Ürgne universum oli elementaarsete osakeste põletav supp. Nende osakeste jahtumiseks ja aatomiteks, tähtedeks ja galaktikateks jagunemiseks kulus natuke aega. Lõpuks, isegi kui need objektid olid paigas, nõuab nende nägemine Maalt miljardeid aastaid hiljem äärmiselt võimsaid teleskoope. Füüsiliste allikate heledus väheneb kiiresti kaugusega ja katse teha galaktikat 1 miljardi valgusaasta kaugusel on sama keeruline kui proovida märgata auto esilaternat umbes 60 000 miili kaugusel. Proovida sama galaktikat märgata 10 miljardi valgusaasta kaugusel on 100 korda raskem.
Siiani on see olnud juhtiv tegur, et piirata kaugust kaugeimate galaktikateni, mida me võime näha. Kuni 1980. aastateni põhinesid kõik meie teleskoobid maapinnal, kus Maa atmosfäär ja valgusreostus takistavad nende toimimist. Sellegipoolest olime juba 5 miljardi valgusaasta kaugusel asuvatest galaktikatest teadlikud. Hubble'i kosmoseteleskoobi käivitamine 1990. aastal võimaldas meil seda vahemaarekordi mitu korda puruks lüüa ja nagu ma seda kirjutan, asub kaugeim teadaolev galaktika vapustavalt 13, 4 miljardit aastat varem.
JWST kasutab infrapunavalgust kosmose ajaloo kõigi faaside uurimiseks, alates esimestest helendavatest hõõgvetest pärast Suurt Pauku kuni tähesüsteemide moodustumiseni, mis on võimelised elu toetama sellistel planeetidel nagu Maa. (NASA) See viib meid moodsa astronoomia ühe võtmeküsimuse juurde: milliseid nende kaugete galaktikate omadusi saame tegelikult mõõta? Kuigi läheduses asuvate galaktikate vaatlused näitavad nende kuju ja värve väga detailselt, on sageli ainus teave, mida me kõige kaugemate galaktikate kohta võime koguda, nende üldine heledus. Kuid vaadates neid teleskoopidega, mis on tundlikest valguse sagedusest väljaspool nähtava ulatuse piire, näiteks ultraviolettkiirgus, raadio ja infrapuna, saame avastada vihjeid galaktika tähepopulatsioonide ja selle kauguse kohta meist.
Vaadeldes galaktikaid võimalikult paljudel erinevatel sagedustel, saame luua spektri, mis näitab, kui eredad galaktikad on igat tüüpi valguses. Kuna universum paisub, on meie teleskoopide abil tuvastatavad elektromagnetilised lained selle tee äärde venitatud ja nii juhtub, et spektri venituse suurus on võrdeline galaktika kaugusega meist. See suhe, mida nimetatakse Hubble'i seaduseks, võimaldab meil mõõta, kui kaugel need galaktikad asuvad. Spektrid võivad paljastada ka muid omadusi, nagu näiteks tähtede massimass, galaktika tähtede moodustumise kiirus ja tähepopulatsioonide vanus.
Alles mõni kuu tagasi kasutas meeskond astronoome USA-st ja Euroopast Hubble'i kosmoseteleskoobi ja Spitzeri kosmoseteleskoobi vaatlusi, et avastada seni teadaolevalt kõige kaugem galaktika GN-z11. Vaadeldes seda vaid 400 miljonit aastat pärast Suurt Pauku ("kui universum oli vaid 3 protsenti praegusest vanusest, " uurib uuringu läbiviija Pascal Oesch), on selle mass kokku miljard päikest, kokku umbes 1/25 tuhat Linnutee.
GN-z11 moodustab tähti umbes 20 korda kiiremini, märkimisväärsel kiirusel 25 uut päikest aastas. On hämmastav, et nii massiivne galaktika eksisteeris alles 200–300 miljonit aastat pärast seda, kui esimesed tähed hakkasid moodustuma. Selleks, et nii kiiresti moodustuks galaktika, milleks on miljard päikesemassi, on vaja kiiresti kiiret kasvu, moodustades tähed tohutul kiirusel, ”selgitab avastusmeeskonna teine uurija Garth Illingworth.
Sellise massiivse objekti olemasolu nii varakul ajal läheb vastuollu kosmilise assamblee praeguste stsenaariumidega, seades galaktikate moodustumise ja evolutsiooni modelleerimisega tegelevatele teadlastele uusi väljakutseid. "See uus avastus näitab, et Webbi teleskoop (JWST) leiab kindlasti palju selliseid noori galaktikaid, mis jõuavad tagasi esimeste galaktikate moodustamiseni, " ütleb Illingworth.
JWST on kavandatud käivituma 2018. aastal ja see tiirleb ümber päikese / Maa süsteemi spetsiaalsest kohast meist 900 000 miili kaugusel. Nagu Hubble, kannab JWST mitmeid instrumente, sealhulgas võimsaid kaameraid ja spektrograafid, kuid sellel on suurem tundlikkus: selle esmane peegel on peaaegu seitse korda suurem ja selle sagedusala ulatub infrapunapiirkonda palju kaugemale. Erinevad sagedusvahemikud võimaldavad JWST-l tuvastada kaugematele objektidele kuuluva suurema venituse spektrid. Sellel on ka ainulaadne võime võtta samaaegselt 100 objekti spektrit. JWST-iga loodame, et lükatakse kaugusbarjäär veelgi kaugemale, alles 150 miljoni aasta pärast pärast suurt pauku ja avastatakse esimesed kunagi moodustunud galaktikad. JWST aitab meil mõista, kuidas galaktikate kujud aja jooksul muutuvad ja millised tegurid mõjutavad galaktikate koostoimimist ja ühinemist.
Kuid JWST ei vaata ainult galaktikaid. Infrapunavalguses universumi poole vaadates näeme läbi paksude tolmukardinate, mis ümbritsevad äsja sündinud tähti ja planeete, pakkudes akent teiste päikesesüsteemide moodustumisele. Lisaks võimaldavad spetsiaalsed instrumendid, mida nimetatakse koroonograafideks, planeete teiste tähtede ümber pildistada ja loodetavasti viib paljude maa-sarnaste planeetide avastamiseni, mis on võimelised elu korraldama. Kõigile, kes on kunagi taeva poole vaadanud ja mõelnud, mis seal väljas on, saab järgmine kümnend olema väga põnev aeg.
