طیف‌نگار نسل بعدی تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌تواند 100 کهکشان را در یک حرکت رصد کند!!

NIRSpec تغییر دهنده بازی خواهد بود.

تلسکوپ فضایی جیمز وب قادر خواهد بود اولین ستارگان و کهکشان‌هایی را ببیند که پس از انفجار بزرگ در جهان پدیدار شدند. (اعتبار تصویر: ESA/ATG medialab)

اندی بانکر، اخترفیزیکدان دانشگاه آکسفورد در مورد NIRSpec، طیف‌نگار فروسرخ، یکی از چهار ابزار موجود در تلسکوپ فضایی جیمز وب، صحبت می‌کند که به تازگی آماده می‌شوند تا چشمان خود را به روی کیهان باز کنند. او یکی از هفت دانشمند اروپایی است که طراحی NIRSpec (که توسط آژانس فضایی اروپا تامین می‌شود) را ترتیب داده‌اند و اکنون مشتاقانه منتظر لحظه‌ای است که این ابزار ارسال داده‌ها را آغاز کند.

بانکر به Space.com گفت: “من همیشه علاقه‌مند بوده‌ام که حد دورترین شی شناخته شده را افزایش دهم.” “این فراتر از حفظ یک رکورد است. این در مورد درک مراحل اولیه جهان است، زمانی که اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها شکل گرفتند.”

وب با آینه غول پیکر خود به عرض 21.6 فوت (6.5 متر) برای مطالعه قدیمی‌ترین و دورترین کهکشان‌هایی ساخته شد که پس از عصرهای تاریک پس از انفجار بزرگ در جهان جوان از گرد و غبار و گاز پدیدار شدند. این کار را با مشاهده نور مادون قرمز، قسمت حامل گرما از طیف الکترومغناطیسی با طول‌موج‌های بلندتر از نور مرئی انجام می‌دهد. دانشمندان می‌دانند که اگرچه آن ستارگان اولیه نور مرئی ساطع می‌کردند، اما به دلیل فاصله زیاد و انبساط جهان، این نور به قسمت فروسرخ طیف منتقل شد، اثری که به عنوان انتقال به سرخ شناخته می‌شود.

NIRSpec با ربع میلیون میکروشاترهای قانون شکن، قابلیت های وب را تقویت می‌کند. در واقع، NIRSPec بیش از صد برابر توانایی یک ابزار مشابه پرواز در تلسکوپ فضایی هابل خواهد بود که از بسیاری جهات، سلف وب در نظر گرفته می‌شود (اگرچه این دو تا مدتی به صورت موازی کار خواهند کرد).

طیف‌نگارها، مانند NIRSpec، نور ستارگان ورودی را به طیف‌هایی تقسیم می‌کنند که دانشمندان را قادر می‌سازد تا ببینند ستارگان از چه چیزی ساخته شده‌اند. (اعتبار تصویر: ESA)

اثر انگشت کهکشانی

NIRSPec ممکن است ابزاری نباشد که چشم‌نوازترین تصاویر مانند عکس‌های فوری معروف ستونهای خلقت و میدان‌های عمیق الهام‌بخش هابل را تولید کند. این وظیفه دوربین‌های NIRCam و MIRI خواهد بود.

با این حال، NIRSpec اطلاعات بی‌سابقه‌ای را در مورد کهکشان‌ها، ستاره‌ها و سیارات عکس‌برداری شده توسط NIRCam و MIRI، بلکه صدها و هزاران مورد دیگر ارائه می‌کند.

یک طیف نگار، NIRSpec تصویر نمی‌گیرد. نور ورودی را به اجزای جداگانه طیف نور تقسیم می‌کند. این طیف مانند اثر انگشت، خاصیت جذب نور اجسام تصویربرداری شده و در نتیجه ترکیب شیمیایی آنها را منعکس می‌کند. هر عنصر شیمیایی موجود در جسم مشاهده شده نور را به روشی خاص جذب می‌کند که به عنوان یک خط متمایز در طیف گرفته شده نشان می‌دهد. با گرفتن طیف یک جسم، محققان می‌توانند تعیین کنند که چه ترکیبات شیمیایی ممکن است وجود داشته باشد.

بانکر گفت: از نظر علمی، طیفها بسیار ارزشمند هستند. “اطلاعات زیادی در آنها رمزگذاری شده است. ما می‌توانیم نحوه تشکیل عناصر شیمیایی در کهکشانها را ترسیم کنیم، اما همچنین فاصله و ویژگی‌های کهکشان‌ها را مانند سرعت تبدیل گاز خود به ستاره تعیین کنیم.”

برای گرفتن دقیق اثر انگشت این اجسام، طیف‌نگارها باید تمام نورهای دیگر را از میدان دید آنها مسدود کنند. طیف‌نگارهای معمولی، مانند طیف‌نگارهای هابل، این کار را با استفاده از یک شکاف، یک دهانه باریک در یک صفحه فلزی انجام می‌دهند که از طریق آن فقط جسم مورد مطالعه را هدف قرار می‌دهند.

برخی از اجسامی که وب مطالعه خواهد کرد آنقدر دور و کم نور هستند که تلسکوپ برای جمع‌آوری نور کافی باید صدها ساعت به آنها خیره شود و محدودیت چنین رویکردی آشکار می‌شود.

طیفی که در طی آزمایش زمینی طیف‌نگار نسل بعدی تلسکوپ فضایی جیمز وب NIRSpec به دست آمد. (اعتبار تصویر: تیم ESA/SOT)

در همان زمان، بانکر گفت: در اینجا است که ریز شاترهای NIRSPec وارد کار می‌شوند. عرض هر یک به اندازه یک موی انسان است، این ریز شاترها می‌توانند در الگوهای مختلف باز شوند و به طور انعطاف پذیر شکاف‌های زیادی ایجاد کنند که به ستاره‌شناسان اجازه می‌دهد صدها (یا بیشتر) کهکشان را مشاهده و اندازه گیری کنند.

اولین طیف‌نگار از نوع خود که در فضا پرواز کرد، NIRSpec دارای طیف وسیعی از فناوری‌های نوآورانه است. خود آرایه ریز شاتر که توسط مهندسان مرکز پرواز فضایی گوددارد ناسا توسعه داده شده است، در چهار بخش مستطیل شکل قرار گرفته است که هر یک دارای میکروشاترهای 365 در 171 است.

یک آهنربای کنترل شده الکتریکی در پشت این آرایه‌ها جارو می‌کند. با اعمال انتخابی جریان الکتریکی به هر ریزشاتر، تیم‌های کنترل زمین تعیین می‌کنند که کدام کرکره باز می‌شود و کدام یک بسته باقی می‌ماند. با این حال، مهندسان نمی‌توانند ریزشاترهایی را که خیلی نزدیک به هم هستند باز کنند زیرا طیف اشیاء مشاهده شده با هم همپوشانی دارند. این امکان را برای مطالعه حدود صد شی به طور همزمان فراهم می‌کند.

بانکر گفت: “این میکرو شاترها کاملاً شکننده هستند، بنابراین ما انتظار داریم که کسری از آنها از کار بیفتند.” “این مشکل بزرگی نیست، زیرا ما همچنان می‌توانیم از بقیه استفاده کنیم. برخی نیز ممکن است باز شوند که می‌تواند مقداری نور پس‌زمینه اضافی اضافه کند، اما این مقدار بسیار کم خواهد بود.”

طیف‌نگار مادون قرمز نزدیک (NIRSpec) تلسکوپ فضایی جیمز وب قوی‌ترین ابزار که در نوع خود در فضا (اعتبار تصویر: ESA/ATG medialab)

تعداد زیادی از ستاره‌ها، کهکشان‌ها، خوشه‌ها، سیارات و دیگر اجرام NIRSpec که قرار است به آنها نگاه کند، دانشمندان را قادر می‌سازد تا پاسخ سؤالات بزرگ را نه در مورد ستارگان و کهکشان‌ها، بلکه در مورد کل جهان آغاز کنند.

بانکر گفت: “NIRSpec یک تغییر دهنده بازی خواهد بود.” “تعداد اجرامی که ما قادر به مقابله با آنها خواهیم بود، ما را قادر می‌سازد تا ببینیم که چگونه متغیرهای مختلف به یکدیگر بستگی دارند. به عنوان مثال، چگونه سرعت شکل‌گیری ستاره‌ها در کهکشان‌ها با جرم کهکشان یا سن آن متفاوت است.”

با کمک NIRSpec، اخترشناسان نه تنها قادر خواهند بود اولین ستارگان و کهکشان‌هایی را که در کیهان شکل گرفته‌اند ببینند، بلکه می‌توانند بدانند از چه چیزی ساخته شده‌اند و چگونه پس از مرگ، عناصر شیمیایی دیگری را پدید آوردند که به تدریج جهان را به شکلی که امروز می‌بینیم پر کرده است.

بانکر می‌گوید: «ما می‌دانیم که هیدروژن و هلیوم در انفجار بزرگ شکل گرفتند. اما تمام عناصر سنگین‌تر در ستارگان یا در طول عمرشان یا در زمان مرگشان تشکیل شده‌اند. بنابراین به عنوان تابعی از زمان، تعداد و کسری از این عناصر سنگین‌تر باید در کهکشانها افزایش یابد و ما امیدواریم بتوانیم آن را مستقیماً اندازه‌گیری کنیم.»

از زمانی که وب در ژانویه به مقصد مورد نظر خود یعنی نقطه لاگرانژ 2 (L2) در فاصله 930000 مایلی (1 میلیون کیلومتری) از زمین رسیده است، تلسکوپ تا دمای منفی 369.4 درجه فارنهایت (منفی 223 درجه سانتیگراد) خنک می‌شود. از آنجایی که وب نور مادون قرمز را تعقیب می‌کند و از آنجایی که نور مادون قرمز اساساً گرما است، هرگونه گرمایی که از خود تلسکوپ ساطع می‌شود آشکارسازهای فوق حساس آن را تحت تاثیر قرار می‌‌دهد.

با سرد شدن وب که لازم است، چهار ابزار آن به تدریج “چشم” (یا ریز شاتر) خود را باز می‌کنند و به دانشمندان این امکان را می‌دهد که برای اولین بار عملکرد خود را نه در آزمایشگاه، بلکه در محیط واقعی فضا آزمایش کنند.

بانکر  گفت: “ما در سه ماه آینده فعالیتهایی برای NIRSpec داریم.” “ما در حال تعیین تعداد شاترهای قابل استفاده و حساسیت آنها هستیم. اما من فکر می‌کنم به طور کلی، تلسکوپ بسیار خوب عمل می‌کند.”

با این حال، عموم مردم باید حداقل تا اوایل ماه جولای منتظر بمانند تا در نهایت از چشمان پیچیده‌ترین و گران‌ترین تلسکوپ فضایی ساخته شده، نگاهی اجمالی به جهان داشته باشند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

James Webb Space Telescope’s next-gen spectrograph can observe 100 galaxies in one go

By Tereza Pultarova published about 3 hours ago

https://www.space.com/james-webb-space-telescope-nirspec-spectrograph-science