ماشین زمان کیهانی: چگونه تلسکوپ فضایی جیمز وب به ما اجازه می‌دهد اولین کهکشان‌های جهان را ببینیم

انتشار عکس‌های نفسگیر از جهان ما توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) یک هفته هیجان‌انگیز بود. تصاویری مانند تصویر زیر به ما این فرصت را می‌دهد که کهکشانهای دوردست کم نور را مانند بیش از 13 بیلیون سال پیش ببینیم.

سحابی حلقه جنوبی که توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب دیده شد. (اعتبار تصویر: NASA/JWST)

زمان مناسبی است که به عقب برگردیم و از بلیط درجه یک خود به اعماق کیهان قدردانی کنیم و این که چگونه این تصاویر به ما اجازه می‌دهند به گذشته نگاه کنیم.

این تصاویر همچنین نکات جالبی را در مورد چگونگی انبساط کیهان به روشی مطرح می‌کند که ما فاصله‌ها را در مقیاس کیهانی محاسبه می‌کنیم.

تصویر میدان عمیق SMACS 0723 تنها با نوردهی 12.5 ساعته گرفته شده است. کهکشانهای کم نور در این تصویر بیش از 13 بیلیون سال پیش این نور را ساطع کردند. (اعتبار تصویر: NASA، ESA، CSA، و STScI)

سفر در زمان مدرن

نگاه کردن به گذشته ممکن است مفهومی عجیب به نظر برسد، اما این کاری است که محققان فضایی هر روز انجام می‌دهند.

جهان ما به قوانین فیزیک محدود شده است که یکی از شناخته شده‌ترین “قوانین” سرعت نور است. و وقتی در مورد “نور” صحبت می‌کنیم، در واقع به تمام طول‌موج‌های طیف الکترومغناطیسی اشاره می‌کنیم که با سرعت 300000 کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کنند.

نور چنان سریع حرکت می‌کند که در زندگی روزمره ما آنی به نظر می‌رسد. حتی با این سرعت‌های سرسام‌آور، هنوز کمی زمان می‌برد تا به هر نقطه از کیهان سفر کنید.

وقتی به ماه نگاه می‌کنید، در واقع آن را مانند 1.3 ثانیه پیش می‌بینید. این فقط یک نگاه کوچک به گذشته است، اما هنوز هم گذشته است. در مورد نور خورشید هم همینطور است، با این تفاوت که فوتونها (ذرات نور) ساطع شده از سطح خورشید کمی بیش از هشت دقیقه قبل از رسیدن به زمین حرکت می‌کنند.

کهکشان ما، کهکشان راه شیری، بیش از 100000 سال نوری وسعت دارد و ستاره‌های زیبای تازه متولد شده در تصویر سحابی کارینا از وب در فاصله 7500 سال نوری از ما قرار دارند. به عبارت دیگر، این سحابی همانطور که در تصویر نشان داده شده مربوط به زمانی است که تقریباً 2000 سال زودتر از زمانی است که تصور می/ شود اولین نوشته در بین النهرین باستان اختراع شده است.

هر زمان که نگاهمان را از زمین دور می‌کنیم، به گذشته نگاه می کنیم تا اوضاع زمانی چگونه بوده است. این امر نوعی ابرقدرت برای ستاره‌شناسان است، زیرا ما می‌توانیم از نور، همانطور که در طول زمان مشاهده می‌شود، استفاده کنیم تا راز جهان خود را با هم معما کنیم.

سحابی کارینا زادگاه ستارگان است. اعتبار: NASA، ESA، CSA، و STScI

چیزی که وب را تماشایی می‌کند

تلسکوپ‌های فضایی به ما امکان می‌دهند محدوده‌های خاصی از نور را ببینیم که قادر به عبور از جو متراکم زمین نیستند. تلسکوپ فضایی هابل به گونه‌ای طراحی و بهینه شده است که از قسمت‌های فرابنفش (UV) و قابل مشاهده طیف الکترومغناطیسی استفاده کند.

وب برای استفاده از طیف وسیعی از نور مادون قرمز طراحی شده است. و این یک دلیل کلیدی است که وب می‌تواند در زمان دورتر از هابل ببیند.

کهکشان‌ها طیف وسیعی از طول موجها را در طیف الکترومغناطیسی از پرتوهای گاما گرفته تا امواج رادیویی و همه چیز در بین اینها ساطع می‌کنند. همه اینها اطلاعات مهمی در مورد فیزیک‌های مختلف در یک کهکشان به ما می‌دهد.

وقتی کهکشان‌ها در نزدیکی ما هستند، نور آنها از زمان گسیل شدن تغییر چندانی نکرده است و ما می‌توانیم طیف وسیعی از این طول‌موج‌ها را بررسی کنیم تا بفهمیم در درون آنها چه می‌گذرد.

کهکشان‌ها بسیار دور هستند. نور دورترین کهکشان‌ها، همانطور که اکنون می‌بینیم، به دلیل انبساط کیهان به طول‌موج‌های طولانی‌تر و قرمزتر کشیده شده است.

این بدان معناست که مقداری از نوری که در هنگام انتشار برای اولین بار برای چشمان ما قابل رویت بود، با انبساط جهان انرژی خود را از دست داده است. اکنون در منطقه کاملاً متفاوتی از طیف الکترومغناطیسی قرار دارد که پدیده‌ای به نام “انتقال به سرخ کیهانی” نامیده می‌شود.

و اینجاست که وب واقعا می‌درخشد. طیف وسیع طول‌موج‌های فروسرخ قابل تشخیص توسط وب به آن اجازه می‌دهد کهکشانهایی را که هابل هرگز نمی توانست ببیند. این قابلیت را با آینه عظیم وب و وضوح پیکسل فوق‌العاده ترکیب کنید و قدرتمندترین ماشین زمان در جهان شناخته شده را خواهید داشت.

سن سبک مساوی با فاصله نیست

با استفاده از وب، می‌توانیم کهکشان‌های بسیار دور را که تنها ۱۰۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ بوده‌اند ثبت کنیم که حدود ۱۳.۸ بیلیون سال پیش رخ داد،.

طیف الکترومغناطیسی با محدوده هابل و وب. هابل برای دیدن طول‌موج‌های کوتاه‌تر بهینه شده است. این دو تلسکوپ مکمل یکدیگر هستند و تصویر کاملتری از کیهان به ما می‌دهند. اعتبار: ناسا، جی. اولمستد (STScI)

بنابراین ما قادر خواهیم بود نور 13.7 بیلیون سال پیش را ببینیم. اما چیزی که به مغز شما آسیب می‌رساند این است که آن کهکشانها 13.7 بیلیون سال نوری از ما فاصله ندارند. فاصله واقعی تا آن کهکشان‌های امروزی 46 بیلیون سال نوری خواهد بود.

این اختلاف به لطف جهان در حال گسترش است و کار در مقیاس بسیار بزرگ را دشوار می‌کند.

جهان به دلیل چیزی به نام “انرژی تاریک” در حال مصرف است. تصور می‌شود که این یک ثابت جهانی است که به طور یکسان در تمام حوزه های فضا-زمان (بافت جهان ما) عمل می‌کند.

و هر چه جهان بیشتر منبسط شود، تأثیر انرژی تاریک بر انبساط آن بیشتر میژ‌شود. به همین دلیل است که اگرچه جهان 13.8 بیلیون سال سن دارد، اما در واقع حدود 93 بیلیون سال نوری وسعت دارد.

ما نمی‌توانیم اثر انرژی تاریک را در مقیاس کهکشانی (در کهکشان راه شیری) ببینیم، اما می‌توانیم آن را در فواصل کیهانی بسیار بیشتر ببینیم.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

A cosmic time machine: How the James Webb Space Telescope lets us see the first galaxies in the universe

By Sara Webb 

 https://www.space.com/how-the-james-webb-space-telescope-lets-us-see-the-first-galaxies