Če pogledamo daleč, lahko pogledamo nazaj v čas. To preprosto, a razburljivo dejstvo astronomom omogoča, da v različnih obdobjih opazujejo posnetke vesolja in jih uporabljajo za sestavljanje kompleksne zgodovine kozmičnega evolucije. Z vsakim novim teleskopom, ki ga zgradimo, lahko vidimo dlje in prej v zgodovino vesolja. Vesoljski teleskop James Webb (JWST) upa, da bo pokukal vse do takrat, ko so se oblikovale prve galaksije.
Sorodne vsebine
- Spoznajte naslednika Hubbleja, ki se bo prebil skozi čas
Pojem, da pogled gleda nazaj, je razmeroma mlad. Izhaja iz Einsteinove teorije posebne relativnosti, ki med drugim trdi, da svetloba potuje s svetlobno hitrostjo in da nič ne potuje hitreje od tega. Vsakodnevno skoraj nikoli ne doživljamo posledic tega koncepta, saj je hitrost svetlobe tako velika (300.000 km / s ali približno milijon krat hitrejša od letala), da ta "čas potovanja" skorajda ni pomemben. Če prižgemo luč ali nam kdo pošlje e-poštno sporočilo iz Evrope, zaznamo te dogodke (vidimo, da se žarnica vžge ali prejmemo e-poštno sporočilo) kot trenutne, saj svetloba vzame le majhen delček sekunde, da potuje skozi sobo ali celo okoli celotne Zemlje. Toda v astronomskem merilu ima končnost hitrosti svetlobe globoke posledice.
Sonce je oddaljeno približno 150 milijonov km, kar pomeni, da svetloba od sonca potrebuje približno 8 minut in 20 sekund, da doseže nas. Ko pogledamo sonce, vidimo sliko, staro 8 minut. Naša najbližja sosednja galaksija Andromeda je oddaljena približno 2, 5 milijona svetlobnih let; ko gledamo Andromedo, gledamo nanjo kot pred 2, 5 milijona let. Na človeških časovnih lestvicah se to morda sliši veliko, a kar zadeva galaksije, je res kratek čas; najina "ustaljena" slika je še vedno dober prikaz tega, kako je Andromeda danes videti. Toda široka vesolja zagotavlja, da obstaja veliko primerov, za katere je pomemben čas potovanja svetlobe. Če pogledamo galaksijo, ki je oddaljena milijardo svetlobnih let, jo vidimo tako kot pred milijardo let, dovolj časa, da se galaksija bistveno spremeni.
Torej, kako daleč nazaj lahko vidimo? Odgovor na to vprašanje določajo trije različni dejavniki. Eno je dejstvo, da je vesolje staro "le" 13, 8 milijarde let, zato se ne moremo zazreti v čas, ki je bolj oddaljen od začetka vesolja, ki je znan kot Big Bang. Drugo vprašanje - vsaj če se ukvarjamo z astrofizičnimi predmeti, kot so galaksije - je, da moramo nekaj pogledati. Primordialno vesolje je bila suha juha elementarnih delcev. Kar nekaj časa je trajalo, da so se ti delci ohladili in združili v atome, zvezde in galaksije. Nazadnje, tudi ko so ti predmeti že postavljeni, jih je zagledovanje z Zemlje veliko milijard let pozneje zahtevalo izredno močne teleskope. Svetlost fizičnih virov se z oddaljenostjo hitro zmanjšuje, in poskusi, da bi opazili galaksijo na razdalji 1 milijarde svetlobnih let, je prav tako zahtevno kot poskusiti opazovanje žarometa avtomobila, ki je oddaljen približno 60.000 milj. Poskusiti opazovanje iste galaksije na razdalji 10 milijard svetlobnih let je 100-krat težji.
Do zdaj je bil to gonilni dejavnik pri omejevanju razdalje do najbolj oddaljenih galaksij, ki jih lahko vidimo. Do osemdesetih let so vsi naši teleskopi temeljili na tleh, kjer Zemljina atmosfera in svetlobno onesnaženje ovirata njihovo delovanje. Kljub temu smo bili galaksije v 5 milijard svetlobnih letih že seznanjeni. Izstrelitev vesoljskega teleskopa Hubble leta 1990 nam je omogočila, da smo večkrat podrli ta rekord na daljavo in, ko to pišem, se najbolj oddaljena znana galaksija nahaja v osrednjih 13, 4 milijarde let.
JWST bo z infrardečo svetlobo preučeval vsako fazo v kozmični zgodovini, od prvih svetlobnih žarkov po velikem udaru do nastanka zvezdnih sistemov, ki lahko podpirajo življenje na planetih, kot je Zemlja. (NASA) To nas pripelje do enega ključnih vprašanj sodobne astronomije: katere lastnosti teh oddaljenih galaksij lahko dejansko izmerimo? Medtem ko opažanja bližnjih galaksij zelo podrobno kažejo njihove oblike in barve, je pogosto edini podatek, ki ga lahko zberemo o najbolj oddaljenih galaksijah, njihova splošna svetlost. Toda če jih pogledamo s teleskopi, ki so občutljivi na svetlobne frekvence zunaj vidnega območja, kot so ultravijolični, radijski in infrardeči, lahko odkrijemo namige o zvezdnih populacijah galaksije in tudi o njeni oddaljenosti od nas.
Z opazovanjem galaksij na čim več različnih frekvencah lahko ustvarimo spekter, ki pokaže, kako svetla je galaksija v vsaki vrsti svetlobe. Ker se vesolje širi, so se elektromagnetni valovi, ki jih zaznajo naši teleskopi, raztegnili ob poti in tako se zgodi, da je količina raztezanja v spektrih sorazmerna z oddaljenostjo galaksije od nas. Ta odnos, imenovan Hubblov zakon, nam omogoča, da merimo, kako daleč so te galaksije. Spektri lahko razkrijejo tudi druge lastnosti, kot so skupna količina mase v zvezdah, hitrost, s katero galaksija tvori zvezde, in starost zvezdnih populacij.
Šele pred nekaj meseci je skupina astronomov iz ZDA in Evrope s pomočjo opazovanj s vesoljskega teleskopa Hubble in Spitzovega infrardečega vesoljskega teleskopa odkrila najbolj oddaljeno galaksijo, ki je bila znana do danes, GN-z11. Po opazovanju samo 400 milijonov let po velikem udaru ("ko je bilo vesolje le 3 odstotke svoje trenutne starosti", po besedah glavnega preiskovalca Pascala Oescha) ima maso milijardo soncev skupaj, približno 1/25 naše lastne Mlečna cesta.
GN-z11 tvori zvezde približno 20-krat hitreje, z izjemno hitrostjo 25 novih soncev na leto. „Neverjetno je, da je tako množična galaksija obstajala le od 200 do 300 milijonov let, potem ko so se začele oblikovati prve zvezde. Res hitra rast, z zvezdami z ogromno hitrostjo, da se tako kmalu oblikuje galaksija, ki je milijarda sončnih mas, "razlaga Garth Illingworth, še en preiskovalec v odkritju.
Obstoj tako množičnega predmeta v tako zgodnjem času se spopada z aktualnimi scenariji kozmičnega sestavljanja, kar predstavlja nove izzive za znanstvenike, ki delajo na modeliranju tvorbe in evolucije galaksij. "To novo odkritje kaže, da bo Webb teleskop (JWST) zagotovo našel veliko takšnih mladih galaksij, ki segajo že v čas, ko so se oblikovale prve galaksije, " pravi Illingworth.
JWST naj bi bil predstavljen leta 2018 in bo krožil okoli sistema sonce / zemlja s posebnega mesta, ki je od nas oddaljeno 900.000 milj. Tako kot Hubble bo tudi JWST nosil več instrumentov, vključno z zmogljivimi kamerami in spektrografi, vendar bo imel povečano občutljivost: njegovo primarno ogledalo bo skoraj sedemkrat večje, njegov frekvenčni razpon pa se bo širil še bolj v infrardeče območje. Različni razpon frekvenc bo JWST omogočil zaznavanje spektrov z večjim raztezanjem, ki pripadajo bolj oddaljenim objektom. Prav tako bo imel edinstveno sposobnost zajemanja spektrov 100 predmetov hkrati. Z JWST pričakujemo, da bo oviro na daljavo potisnil še dlje, do epohe le 150 milijonov let po velikem udaru in odkril prve galaksije, ki so se kdajkoli oblikovale. JWST nam bo pomagal razumeti, kako se oblike galaksij spreminjajo s časom in kateri dejavniki vplivajo na interakcije in združitve galaksij.
Toda JWST ne bo gledal samo na galaksije. Z vdiranjem v vesolje v infrardeči svetlobi bomo lahko videli skozi debele prašne zavese, ki zakrivajo novonastale zvezde in planete, ki omogočajo okno v nastanek drugih sončnih sistemov. Poleg tega bodo posebni instrumenti, imenovani koronagrafi, omogočili slikanje planetov okoli drugih zvezd in upajmo, da bodo odkrili več planetov, podobnih Zemlji, ki bi lahko gostili življenje. Za vse, ki ste se kdaj pogledali v nebo in se spraševali, kaj je tam zunaj, bo naslednje desetletje zelo vznemirljiv čas.
