על ידי מבט רחוק, אנו יכולים להביט אחורה בזמן. עובדה פשוטה אך מנופחת-מחשבה זו מאפשרת לאסטרונומים לצפות בתמונות של יקומים בזמנים שונים, ומשתמשת בהם כדי לחבר את ההיסטוריה המורכבת של האבולוציה הקוסמית. עם כל טלסקופ חדש שאנו בונים, אנו יכולים לראות רחוק יותר ויותר אל תוך ההיסטוריה של היקום. טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) מקווה להציץ כל הדרך חזרה אל תוך התהוות הגלקסיות הראשונות.
תוכן קשור
- פגוש את היורש של האבל שיצווה לאורך זמן
הרעיון שהמבט החוצה תואם את המבט לאחור הוא צעיר יחסית. זה בא מתורת היחסות המיוחדת של איינשטיין, שטוענת - בין השאר - כי האור נע במהירות האור, ושום דבר לא נוסע מהר יותר מזה. על בסיס יומיומי, אנו כמעט אף פעם לא חווים את ההשלכות של מושג זה, מכיוון שמהירות האור היא כה גדולה (300, 000 קמ"ש, או כמיליון מהיר יותר ממטוס סילון) עד ש"זמן הנסיעה "הזה כמעט ולא משנה. אם אנו מדליקים את האור או שמישהו שולח לנו דוא"ל מאירופה, אנו תופסים את האירועים הללו (אנו רואים את הנורה נדלקת, או מקבלים את הדוא"ל) כמידי, מכיוון שלאור לוקח רק חלק קטן משניה לנסוע דרך בחדר או אפילו סביב כדור הארץ כולו. אך בקנה מידה אסטרונומי, יש לסיבות של מהירות האור השלכות עמוקות.
השמש נמצאת במרחק של כ -150 מיליון ק"מ, מה שאומר שאור מהשמש לוקח בערך 8 דקות ו -20 שניות להגיע אלינו. כאשר אנו מסתכלים על השמש, אנו רואים תמונה בת 8 דקות. הגלקסיה השכנה הקרובה ביותר שלנו, אנדרומדה, נמצאת במרחק של כ -2.5 מיליון שנות אור; כשאנחנו מסתכלים על אנדרומדה, אנחנו מסתכלים על זה כמו שהיה לפני 2.5 מיליון שנה. זה אולי נשמע כמו הרבה במדדי זמן אנושיים, אבל זה זמן ממש ממש מבחינת הגלקסיות; התמונה ה"מעופשת "שלנו היא ככל הנראה עדיין ייצוג טוב לאיך שנראית אנדרומדה היום. עם זאת, הרחבות העצומה של היקום מבטיחה כי ישנם מקרים רבים שזמן הנסיעות של האור חשוב להם. אם אנו מסתכלים על גלקסיה במרחק של מיליארד שנות אור משם, אנו רואים אותה כפי שהייתה לפני מיליארד שנה, מספיק זמן לגלקסיה להשתנות משמעותית.
אז כמה רחוק בזמן אנו יכולים לראות? התשובה לשאלה זו נקבעת על ידי שלושה גורמים שונים. האחת היא העובדה שהיקום בן "רק" בן 13.8 מיליארד שנה, ולכן איננו יכולים להביט אחורה בזמן לתקופה מרוחקת יותר מתחילת היקום, המכונה המפץ הגדול. נושא אחר - לפחות אם אנו עוסקים באובייקטים אסטרופיזיים כמו גלקסיות - הוא שאנחנו צריכים להסתכל על משהו. היקום הקדמוני היה מרק צורב של חלקיקים יסודיים. לקח זמן עד שהחלקיקים האלה התקררו ויתכנסו לאטומים, כוכבים וגלקסיות. לבסוף, אפילו ברגע שחפצים אלה היו במקום, לראותם מכדור הארץ מיליארדי שנים רבות אחר כך דורש טלסקופים חזקים במיוחד. בהירותם של מקורות פיזיים יורדת במהירות עם המרחק, וניסיון לאתר את הגלקסיה במרחק של מיליארד שנות אור הוא מאתגר לא פחות מאשר לנסות לאתר את פנס המכונית במרחק של כ- 60, 000 מיילים משם. לנסות לאתר את אותה גלקסיה במרחק של 10 מיליארד שנות אור קשה פי מאה.
עד כה זה היה הגורם המניע להגבלת המרחק לגלקסיות הרחוקות ביותר שאנו יכולים לראות. עד שנות השמונים, כל הטלסקופים שלנו התבססו על הקרקע, שם האטמוספרה של כדור הארץ וזיהום האור פוגעים בביצועיהם. עם זאת, כבר היינו מודעים לגלקסיות שנמצאות במרחק של 5 מיליארד שנות אור משם. ההשקה של טלסקופ החלל האבל בשנת 1990 אפשרה לנו לרסק את שיא המרחק הזה פעמים רבות, וכפי שאני כותב זאת, הגלקסיה הרחוקה ביותר הידועה ממוקמת 13.4 מיליארד שנה מדהימים בעבר.
ה- JWST ישתמש באור אינפרא אדום כדי ללמוד כל שלב בהיסטוריה הקוסמית, החל מהזוהרים הראשונים הזוהרים לאחר המפץ הגדול ועד להיווצרות מערכות כוכבים המסוגלות לתמוך בחיים בכוכבי לכת כמו כדור הארץ. (נאס"א) זה מביא אותנו לאחת מנושאי המפתח של האסטרונומיה המודרנית: אילו תכונות של הגלקסיות הרחוקות הללו אנו יכולים למדוד בפועל? בעוד שתצפיות על גלקסיות סמוכות מראות את צורותיהן וצבעיהן בפרטי פרטים, לעיתים קרובות המידע היחיד שנוכל לאסוף אודות הגלקסיות הרחוקות ביותר הוא בהירותן הכללית. אך על ידי התבוננות בהם באמצעות טלסקופים הרגישים לתדרי אור מעבר לטווח הגלוי, כמו אולטרה סגול, רדיו ואינפרא אדום, אנו יכולים לחשוף רמזים לאוכלוסיות הכוכבים הגלקסיות, כמו גם לגבי מרחקה מאיתנו.
על ידי התבוננות בגלקסיות בכמה שיותר תדרים שונים אנו יכולים ליצור ספקטרום שמראה עד כמה בהיר הגלקסיה בכל סוג אור. מכיוון שהיקום מתרחב, הגלים האלקטרומגנטיים שמתגלים על ידי הטלסקופים שלנו נמתחו לאורך הדרך, וזה קורה כך שכמות המתיחה בספקטרום היא פרופורציונאלית למרחק הגלקסיה מאיתנו. מערכת יחסים זו, המכונה חוק האבל, מאפשרת לנו למדוד עד כמה רחוק הגלקסיות הללו. הספקטרה יכולה גם לחשוף תכונות אחרות, כמו הכמות הכוללת של המסה בכוכבים, הקצב בו הגלקסיה יוצרת כוכבים וגיל האוכלוסיות הכוכבות.
רק לפני מספר חודשים, צוות אסטרונומים מארה"ב ואירופה השתמש בתצפיות מטלסקופ החלל האבל וטלסקופ החלל האינפרא אדום שפיצר כדי לגלות את הגלקסיה הרחוקה ביותר הידועה עד כה, GN-z11. נצפה רק 400 מיליון שנה אחרי המפץ הגדול ("כשהיקום היה רק 3 אחוז מהגיל הנוכחי שלו", על פי החוקרת הראשי פסקאל אוש) יש לו מסה של מיליארד שמשות בשילוב יחדיו, בערך 1/25 מתוך משלנו שביל החלב.
GN-z11 יוצר כוכבים במהירות גבוהה פי 20, בקצב המדהים של 25 שמשות חדשות בשנה. "מדהים שגלקסיה כה מסיבית התקיימה רק 200 מיליון עד 300 מיליון שנה אחרי שהכוכבים הראשונים התחילו להיווצר. דרוש צמיחה מהירה באמת, כדי לייצר כוכבים בקצב עצום כדי ליצור גלקסיה שהיא מיליארד המוני שמש כל כך מהר, "מסביר גארת 'אילינגוורת', חוקר נוסף בצוות הגילוי.
קיומו של חפץ כה מסיבי בזמן כה מוקדם מתנגש עם תרחישים עכשוויים של הרכבה קוסמית, מה שמציב אתגרים חדשים עבור מדענים שעובדים על דוגמנות היווצרות גלקסיה והתפתחות. "תגלית חדשה זו מראה כי הטלסקופ של ווב (JWST) בוודאי ימצא הרבה גלקסיות צעירות כה רבות שהגיעו למקום שבו התהוות הגלקסיות הראשונות, " אומר אילינגוורת '.
JWST מתוכנן להשקה בשנת 2018 והיא תעבור סביב מערכת השמש / כדור הארץ ממקום מיוחד 900, 000 מיילים מאיתנו. כמו האבל, JWST תישא כמה מכשירים, כולל מצלמות וספקטרוגרפים עוצמתיים, אך תהיה לה רגישות משופרת: המראה הראשית שלה תהיה גדולה כמעט פי שבע, וטווח התדרים שלה יתרחב הרבה יותר לאזור האינפרא אדום. טווח התדרים השונה יאפשר ל- JWST לאתר ספקטרום עם מתיחה גבוהה יותר, השייכים לחפצים רחוקים יותר. תהיה לו גם היכולת הייחודית לקחת ספקטרום של 100 עצמים במקביל. עם JWST, אנו מצפים לדחוף את מחסום המרחק עוד יותר, לתקופה של 150 מיליון שנה בלבד לאחר המפץ הגדול, ולגלות את הגלקסיות הראשונות ביותר שנוצרו אי פעם. JWST יעזור לנו להבין כיצד צורות הגלקסיות משתנות עם הזמן, ומה הגורמים השולטים באינטראקציות הגלקסיות והמיזוגים.
אבל JWST לא מסתכל רק על גלקסיות. על ידי התבוננות ביקום באור אינפרא אדום, נוכל לראות דרך וילונות האבק העבים שעוטפים כוכבים וכוכבי לכת שזה עתה נולדו, ומספקים חלון ליצירת מערכות סולריות אחרות. יתר על כן, מכשירים מיוחדים הנקראים coronagraphs יאפשרו הדמיה של כוכבי לכת סביב כוכבים אחרים, ובתקווה יובילו לגילוי של כמה כוכבי לכת דמויי כדור הארץ המסוגלים לארח חיים. לכל מי שאי פעם הביט בשמיים ותהה מה שם בחוץ, העשור הבא הולך להיות תקופה מרגשת מאוד.
