Das leistungsstärkste jemals gebaute Weltraumteleskop wird in die dunklen Zeitalter des Universums zurückblicken

Einige haben das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA als das „Weltraumteleskop“ bezeichnet.Teleskop, das die Astronomie aß. ” Es ist der leistungsstärkstes Weltraumteleskop jemals gebaut und ein komplexes Stück mechanisches Origami, das die Grenzen der menschlichen Technik überschritten hat. Am 18. Dezember 2021 ist das Teleskop nach Jahren der Verzögerungen und Kostenüberschreitungen in Milliardenhöhe fertig Der Start in die Umlaufbahn ist geplant und läuten die nächste Ära der Astronomie ein.

Ich bin ein Astronom mit Spezialisierung auf beobachtende Kosmologie – ich erforsche seit 30 Jahren entfernte Galaxien. Einige der größten unbeantworteten Fragen zum Universum beziehen sich auf seine frühen Jahre kurz nach dem Urknall. Wann entstanden die ersten Sterne und Galaxien? Was war zuerst da und warum? Ich freue mich unglaublich, dass Astronomen bald die Geschichte der Entstehung von Galaxien aufdecken können, denn James Webb wurde speziell für die Beantwortung genau dieser Fragen gebaut.

Das „dunkle Zeitalter“ des Universums

Hervorragende Beweise zeigen, dass das Universum mit einem Ereignis namens begann Urknall Vor 13.8 Milliarden Jahren befand es sich in einem extrem heißen und extrem dichten Zustand. Nach dem Urknall begann sich das Universum sofort auszudehnen und kühlte sich dabei ab. Eine Sekunde nach dem Urknall hatte das Universum einen Durchmesser von hundert Billionen Meilen und eine Durchschnittstemperatur von unglaublichen 18 Milliarden Grad Fahrenheit (10 Milliarden Grad Celsius). Etwa 400,000 Jahre nach dem Urknall hatte das Universum einen Durchmesser von 10 Millionen Lichtjahren Die Temperatur war abgekühlt bis 5,500 Grad Fahrenheit (3,000 Grad Celsius). Wenn jemand zu diesem Zeitpunkt dort gewesen wäre, um es zu sehen, hätte das Universum mattrot geleuchtet wie eine riesige Wärmelampe.

Während dieser Zeit war der Weltraum mit einer gleichmäßigen Suppe aus hochenergetischen Teilchen, Strahlung, Wasserstoff und Helium gefüllt. Es gab keine Struktur. Als das expandierende Universum größer und kälter wurde, wurde die Suppe dünner und alles wurde schwarz. Dies war der Beginn dessen, was Astronomen das nennen Finsteres Mittelalter des Universums.

Die Suppe des Mittelalters war nicht vollkommen einheitlich und aufgrund der Schwerkraft begannen winzige Gasbereiche zusammenzuklumpen und dichter zu werden. Das glatte Universum wurde klumpig und diese kleinen Klumpen dichteren Gases waren Keime für die eventuelle Bildung von Sternen, Galaxien und allem anderen im Universum.

Obwohl es nichts zu sehen gab, war das Dunkle Zeitalter eine wichtige Phase in der Entwicklung des Universums.

Auf der Suche nach dem ersten Licht

Das dunkle Zeitalter endete, als die Schwerkraft die ersten Sterne und Galaxien formte, die schließlich das erste Licht auszusenden begannen. Obwohl Astronomen nicht wissen, wann das erste Licht auftrat, ist die beste Vermutung, dass es so war mehrere hundert Millionen Jahre nach dem Urknall. Astronomen wissen auch nicht, ob zuerst Sterne oder Galaxien entstanden sind.

Aktuelle Theorien Basierend auf der Art und Weise, wie die Schwerkraft die Struktur in einem Universum formt, das von dunkler Materie dominiert wird, legen wir nahe, dass sich wahrscheinlich zuerst kleine Objekte – wie Sterne und Sternhaufen – bildeten und dann später zu Zwerggalaxien und dann zu größeren Galaxien wie der Milchstraße heranwuchsen. Diese ersten Sterne im Universum waren im Vergleich zu den heutigen Sternen extreme Objekte. Sie sind eine Million Mal heller aber sie lebten nur ein sehr kurzes Leben. Sie brannten heiß und hell, und als sie starben, gingen sie zurück Schwarze Löcher bis zum Hundertfachen der Sonnenmasse, was durchaus der Fall sein könnte fungierten als Keime für die Entstehung von Galaxien.

Astronomen würden diese faszinierende und wichtige Ära des Universums gerne erforschen, aber das erste Licht zu entdecken ist eine unglaubliche Herausforderung. Verglichen mit den heutigen massereichen, hellen Galaxien waren die ersten Objekte sehr klein und aufgrund der ständigen Expansion des Universums sind sie heute mehrere zehn Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Außerdem waren die frühesten Sterne von Gas umgeben, das bei ihrer Entstehung übrig geblieben war und dieses Gas wie Nebel wirkte, der das meiste Licht absorbierte. Es dauerte mehrere hundert Millionen Jahre Strahlung, um den Nebel zu vertreiben. Dieses frühe Licht ist sehr schwach, wenn es die Erde erreicht.

Doch das ist nicht die einzige Herausforderung.

Wenn sich das Universum ausdehnt, dehnt es die Wellenlänge des durch es hindurchströmenden Lichts kontinuierlich aus. Das nennt man Rotverschiebung weil es Licht kürzerer Wellenlängen – wie blaues oder weißes Licht – in längere Wellenlängen wie rotes oder infrarotes Licht verschiebt. Auch wenn es sich nicht um eine perfekte Analogie handelt, ähnelt es doch der Situation, dass die Tonhöhe aller Geräusche, die ein Auto erzeugt, merklich abnimmt, wenn es an Ihnen vorbeifährt.

Bis das von einem frühen Stern oder einer frühen Galaxie vor 13 Milliarden Jahren emittierte Licht jedes Teleskop auf der Erde erreicht, wurde es durch die Expansion des Universums um den Faktor 10 gedehnt. Es kommt als Infrarotlicht vor, das heißt, es hat eine längere Wellenlänge als rotes Licht. Um das erste Licht zu sehen, muss man nach Infrarotlicht suchen.

Teleskop als Zeitmaschine

Betreten Sie das James Webb-Weltraumteleskop.

Teleskope sind wie Zeitmaschinen. Wenn ein Objekt 10,000 Lichtjahre entfernt ist, bedeutet das, dass das Licht 10,000 Jahre braucht, um die Erde zu erreichen. Je weiter draußen die Astronomen im Weltraum blicken, desto weiter zurück in der Zeit schauen wir.

Ingenieure optimiert James Webb zur gezielten Erfassung des schwachen Infrarotlichts der frühesten Sterne oder Galaxien. Im Vergleich zum Hubble-Weltraumteleskop James Webb verfügt über ein 15-mal größeres Sichtfeld seiner Kamera, sammelt sechsmal mehr Licht und seine Sensoren sind so abgestimmt, dass sie am empfindlichsten auf Infrarotlicht reagieren.

Die Strategie wird sein starren Sie lange Zeit tief auf einen Fleck des Himmels, um so viel Licht und Informationen wie möglich von den entferntesten und ältesten Galaxien zu sammeln. Mit diesen Daten lässt sich möglicherweise beantworten, wann und wie das dunkle Zeitalter endete, aber es müssen noch viele andere wichtige Entdeckungen gemacht werden. Zum Beispiel könnte es auch sein, diese Geschichte zu enträtseln helfen, die Natur der Dunklen Materie zu erklären, die mysteriöse Form der Materie, aus der etwa besteht 80 Prozent der Masse des Universums.

James Webb ist der technisch schwierigste Mission Die NASA hat es jemals versucht. Aber ich denke, dass die wissenschaftlichen Fragen, die damit beantwortet werden können, jede Mühe wert sein werden. Ich und andere Astronomen warten gespannt darauf, dass die Daten irgendwann im Jahr 2022 zurückkommen.

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Bildnachweis: Hubble Deep Field / NASA

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