أقوى تلسكوب فضائي تم بناؤه على الإطلاق سيعود بالزمن إلى العصور المظلمة للكون

أطلق البعض على تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا لقب "التلسكوب الذي أكل علم الفلك". انها أقوى تلسكوب فضائي تم بناؤه من أي وقت مضى وقطعة معقدة من الأوريغامي الميكانيكي الذي دفع حدود الهندسة البشرية. في 18 كانون الأول (ديسمبر) 2021 ، بعد سنوات من التأخير وتجاوزات التكلفة بمليارات الدولارات ، أصبح التلسكوب من المقرر إطلاقه في المدار والدخول في العصر التالي من علم الفلك.

أنا عالم الفلك بتخصص في علم الكون القائم على الملاحظة - لقد كنت أدرس المجرات البعيدة لمدة 30 عامًا. تتعلق بعض أكبر الأسئلة التي لم تتم الإجابة عنها حول الكون بسنواته الأولى بعد الانفجار العظيم مباشرة. متى تكونت النجوم والمجرات الأولى؟ الذي جاء اولا ولماذا؟ أنا متحمس للغاية لأن علماء الفلك قد يكتشفون قريبًا قصة كيف بدأت المجرات لأن جيمس ويب تم تصميمه خصيصًا للإجابة على هذه الأسئلة بالذات.

"العصور المظلمة" للكون

تظهر الأدلة الممتازة أن الكون بدأ بحدث يسمى الانفجار الكبير منذ 13.8 مليار سنة ، مما جعله في حالة شديدة الحرارة والكثافة. بدأ الكون على الفور في التوسع بعد الانفجار العظيم ، مما أدى إلى تبريده. بعد ثانية واحدة من الانفجار العظيم ، كان عرض الكون يبلغ مائة تريليون ميل بمتوسط ​​درجة حرارة لا تصدق 18 مليار درجة فهرنهايت (10 مليار درجة مئوية). بعد حوالي 400,000 سنة من الانفجار العظيم ، كان الكون بطول 10 ملايين سنة ضوئية و تم تبريد درجة الحرارة إلى 5,500 درجة فهرنهايت (3,000 درجة مئوية). إذا كان أي شخص هناك لرؤيتها في هذه المرحلة ، لكان الكون يتوهج باللون الأحمر الباهت مثل مصباح الحرارة العملاق.

طوال هذا الوقت ، امتلأ الفضاء بحساء ناعم من الجسيمات عالية الطاقة والإشعاع والهيدروجين والهيليوم. لم يكن هناك هيكل. عندما أصبح الكون المتوسع أكبر وأكثر برودة ، تضاءل الحساء وتلاشى كل شيء إلى اللون الأسود. كانت هذه بداية ما يسميه علماء الفلك بـ العصور المظلمة الكون.

كان حساء العصور المظلمة ليس موحدًا تمامًا وبسبب الجاذبية ، بدأت مناطق صغيرة من الغاز تتجمع معًا وتصبح أكثر كثافة. أصبح الكون السلس متكتلًا وكانت هذه الكتل الصغيرة من الغازات الأكثر كثافة بذورًا للتشكيل النهائي للنجوم والمجرات وكل شيء آخر في الكون.

على الرغم من عدم وجود شيء يمكن رؤيته ، إلا أن العصور المظلمة كانت مرحلة مهمة في تطور الكون.

البحث عن الضوء الأول

انتهت العصور المظلمة عندما شكلت الجاذبية النجوم والمجرات الأولى التي بدأت في النهاية في إصدار أول ضوء. على الرغم من أن علماء الفلك لا يعرفون متى حدث الضوء الأول ، فإن أفضل تخمين هو أنه كان كذلك مئات الملايين من السنين بعد الانفجار العظيم. لا يعرف علماء الفلك أيضًا ما إذا كانت النجوم أو المجرات قد تشكلت أولاً.

النظريات الحالية استنادًا إلى كيفية تشكيل الجاذبية لبنية في كون تهيمن عليه المادة المظلمة ، تشير إلى أن الأجسام الصغيرة - مثل النجوم والعناقيد النجمية - تشكلت على الأرجح أولاً ثم نمت لاحقًا إلى مجرات قزمة ثم مجرات أكبر مثل مجرة ​​درب التبانة. كانت هذه النجوم الأولى في الكون أجسامًا متطرفة مقارنة بنجوم اليوم. قد كانوا مليون مرة أكثر سطوعًا لكنهم عاشوا حياة قصيرة جدًا. احترقوا ساخنين وبراقين وعندما ماتوا تركوا وراءهم الثقوب السوداء ما يصل إلى مائة ضعف كتلة الشمس ، والتي قد يكون لها عملت كبذور لتكوين المجرات.

يرغب علماء الفلك في دراسة هذا العصر الرائع والمهم للكون ، لكن اكتشاف الضوء الأول يمثل تحديًا كبيرًا. بالمقارنة مع المجرات الضخمة والمشرقة اليوم ، كانت الأجسام الأولى صغيرة جدًا وبسبب التوسع المستمر للكون ، أصبحت الآن على بعد عشرات المليارات من السنين الضوئية من الأرض. أيضًا ، كانت النجوم الأولى محاطة بالغاز المتبقي من تكوينها وكان هذا الغاز بمثابة ضباب يمتص معظم الضوء. استغرق الأمر عدة مئات الملايين من السنين ل إشعاع لتفجير الضباب بعيدا. هذا الضوء المبكر يكون خافتًا جدًا بحلول الوقت الذي يصل فيه إلى الأرض.

لكن هذا ليس التحدي الوحيد.

عندما يتمدد الكون ، فإنه يتمدد باستمرار الطول الموجي للضوء الذي يمر عبره. هذا يسمي الانزياح نحو الأحمر لأنه ينقل الضوء ذي الأطوال الموجية الأقصر - مثل الضوء الأزرق أو الأبيض - إلى أطوال موجية أطول مثل الضوء الأحمر أو الأشعة تحت الحمراء. على الرغم من أنه ليس تشبيهًا مثاليًا ، إلا أنه مشابه لكيفية مرور السيارة أمامك ، فإن نغمة أي أصوات تصدرها تتساقط بشكل ملحوظ.

بحلول الوقت الذي يصل فيه الضوء المنبعث من نجم مبكر أو مجرة ​​قبل 13 مليار سنة إلى أي تلسكوب على الأرض ، تمدد بعامل 10 بسبب توسع الكون. يصل إلى ضوء الأشعة تحت الحمراء ، مما يعني أن طوله الموجي أطول من الضوء الأحمر. لرؤية الضوء الأول ، يجب أن تبحث عن ضوء الأشعة تحت الحمراء.

التلسكوب كآلة زمن

أدخل تلسكوب جيمس ويب الفضائي.

التلسكوبات مثل آلات الزمن. إذا كان جسم ما على بعد 10,000 سنة ضوئية ، فهذا يعني أن الضوء يستغرق 10,000 سنة للوصول إلى الأرض. لذلك كلما نظر علماء الفلك بعيدًا في الفضاء ، فإن إلى الوراء في الوقت المناسب نحن نبحث.

المهندسين الأمثل جيمس ويب على وجه التحديد لاكتشاف ضوء الأشعة تحت الحمراء الخافت للنجوم أو المجرات الأقدم. بالمقارنة مع تلسكوب هابل الفضائي ، يتمتع James Webb بمجال رؤية أوسع بمقدار 15 مرة على كاميرته، تجمع ستة أضعاف الضوء ، ويتم ضبط أجهزة الاستشعار الخاصة به لتكون أكثر حساسية لضوء الأشعة تحت الحمراء.

ستكون الاستراتيجية ل التحديق بعمق في بقعة واحدة من السماء لفترة طويلة، وجمع أكبر قدر ممكن من الضوء والمعلومات من أبعد وأقدم المجرات. باستخدام هذه البيانات ، قد يكون من الممكن الإجابة على متى وكيف انتهت العصور المظلمة ، ولكن هناك العديد من الاكتشافات المهمة الأخرى التي يجب القيام بها. على سبيل المثال ، قد يؤدي حل هذه القصة أيضًا تساعد في شرح طبيعة المادة المظلمة، الشكل الغامض للمادة التي تتكون منها 80٪ من كتلة الكون.

جيمس ويب هو المهمة الأكثر صعوبة من الناحية الفنية ناسا حاولت من أي وقت مضى. لكني أعتقد أن الأسئلة العلمية التي قد تساعد في الإجابة عليها تستحق كل أوقية من الجهد. أنا وعلماء الفلك الآخرون ننتظر بحماس أن تبدأ البيانات في العودة في وقت ما في عام 2022.

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

حقوق الصورة: حقل هابل العميق / وكالة ناسا

المصدر: https://singularityhub.com/2021/10/24/the-most-powerful-space-telescope-ever-built-will-look-back-in-time-to-the-dark-ages-of- الكون/