قدرتمندترین تلسکوپ فضایی ساخته شده تا به امروز به دوران تاریک جهان نگاه می کند

برخی تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا را ​​"تلسکوپی که نجوم را خورد" آن است قوی ترین تلسکوپ فضایی تا به حال ساخته شده و یک قطعه پیچیده از اوریگامی مکانیکی است که محدودیت های مهندسی بشر را جابجا کرده است. در 18 دسامبر 2021، پس از سالها تأخیر و میلیاردها دلار افزایش هزینه، تلسکوپ برای پرتاب به مدار برنامه ریزی شده است و آغازگر دوره بعدی نجوم است.

من یکی هستم ستاره شناس با تخصص در کیهان شناسی رصدی - من 30 سال است که کهکشان های دور را مطالعه کرده ام. برخی از بزرگ‌ترین پرسش‌های بی‌پاسخ درباره جهان به سال‌های اولیه آن درست پس از انفجار بزرگ مربوط می‌شود. اولین ستاره ها و کهکشان ها چه زمانی شکل گرفتند؟ کدام اول آمد و چرا؟ من فوق العاده هیجان زده هستم که ستاره شناسان ممکن است به زودی داستان چگونگی شروع کهکشان ها را کشف کنند زیرا جیمز وب به طور خاص برای پاسخ به این سؤالات ساخته شده است.

"عصر تاریک" کیهان

شواهد عالی نشان می‌دهد که جهان با رویدادی به نام the شروع شد مهبانگ 13.8 میلیارد سال پیش، که آن را در حالت فوق العاده داغ و بسیار متراکم قرار داد. کیهان بلافاصله پس از انفجار بزرگ شروع به انبساط کرد و در همان حال سرد شد. یک ثانیه پس از انفجار بزرگ، جهان صد تریلیون مایل وسعت داشت و میانگین دمای آن 18 میلیارد درجه فارنهایت (10 میلیارد درجه سانتیگراد) بود. حدود 400,000 سال پس از انفجار بزرگ، جهان 10 میلیون سال نوری وسعت داشت و دما سرد شده بود تا 5,500 درجه فارنهایت (3,000 درجه سانتیگراد). اگر کسی برای دیدن آن در این نقطه آنجا بود، جهان مانند یک لامپ گرما غول پیکر به رنگ قرمز مات می درخشید.

در تمام این مدت، فضا با سوپ نرمی از ذرات پر انرژی، تشعشع، هیدروژن و هلیوم پر شد. ساختاری وجود نداشت. همانطور که جهان در حال انبساط بزرگتر و سردتر شد، سوپ رقیق شد و همه چیز سیاه شد. این شروع چیزی بود که اخترشناسان به آن می گویند سال های تاریک جهان.

سوپ دوران تاریکی بود کاملا یکنواخت نیست و به دلیل گرانش، نواحی ریز گاز شروع به جمع شدن و متراکم تر شدن کردند. جهان صاف توده‌ای شد و این توده‌های کوچک گاز متراکم‌تر، دانه‌هایی برای شکل‌گیری نهایی ستارگان، کهکشان‌ها و هر چیز دیگری در جهان بودند.

اگرچه چیزی برای دیدن وجود نداشت، قرون تاریک مرحله مهمی در تکامل جهان بود.

به دنبال اولین نور

قرون تاریک زمانی پایان یافت که گرانش اولین ستارگان و کهکشان ها را تشکیل داد که در نهایت شروع به انتشار اولین نور کردند. اگرچه اخترشناسان نمی دانند اولین نور چه زمانی رخ داده است، بهترین حدس این است که چنین بوده است چند صد میلیون سال پس از انفجار بزرگ ستاره شناسان همچنین نمی دانند که ستاره ها یا کهکشان ها در ابتدا شکل گرفتند.

نظریه های فعلی بر اساس چگونگی شکل‌گیری گرانش ساختار در جهان تحت سلطه ماده تاریک، نشان می‌دهد که اجرام کوچک - مانند ستاره‌ها و خوشه‌های ستاره‌ای - احتمالاً ابتدا شکل گرفته و سپس بعداً به کهکشان‌های کوتوله و سپس کهکشان‌های بزرگ‌تری مانند کهکشان راه شیری تبدیل شده‌اند. این اولین ستارگان جهان در مقایسه با ستارگان امروزی، اجرام شدیدی بودند. آنها بودند میلیون بار روشن تر اما آنها زندگی بسیار کوتاهی داشتند. داغ و روشن سوختند و چون مردند پشت سر گذاشتند سیاه چاله ها تا صد برابر جرم خورشید، که ممکن است داشته باشد به عنوان دانه برای تشکیل کهکشان عمل کرد.

ستاره شناسان دوست دارند این دوران جذاب و مهم جهان را مطالعه کنند، اما کشف اولین نور بسیار چالش برانگیز است. در مقایسه با کهکشان های پرجرم و درخشان امروزی، اولین اجرام بسیار کوچک بودند و به دلیل انبساط دائمی کیهان، اکنون ده ها میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارند. همچنین، ستارگان اولیه توسط گاز باقی مانده از شکل گیری آنها احاطه شده بودند و این گاز مانند مه عمل می کرد که بیشتر نور را جذب می کرد. چند صد میلیون سال طول کشید تشعشع برای منفجر کردن مه. این نور اولیه تا زمانی که به زمین می رسد بسیار ضعیف می شود.

اما این تنها چالش نیست.

با انبساط جهان، به طور مداوم طول موج نوری را که از آن عبور می کند، کشیده می شود. به این می گویند انتقال به سرخ زیرا نور با طول موج های کوتاه تر - مانند نور آبی یا سفید - را به طول موج های طولانی تر مانند نور قرمز یا مادون قرمز منتقل می کند. اگرچه تشبیه کاملی نیست، اما شبیه این است که وقتی یک ماشین از کنار شما می گذرد، زیر و بم صدایی که از آن خارج می شود به طور محسوسی افت می کند.

زمانی که نور ساطع شده توسط یک ستاره یا کهکشان اولیه 13 میلیارد سال پیش به هر تلسکوپ روی زمین می رسد، با انبساط کیهان 10 برابر کشیده شده است. به عنوان نور مادون قرمز می رسد، به این معنی که طول موج آن بیشتر از نور قرمز است. برای دیدن نور اول، باید به دنبال نور مادون قرمز باشید.

تلسکوپ به عنوان ماشین زمان

وارد تلسکوپ فضایی جیمز وب شوید.

تلسکوپ ها مانند ماشین زمان هستند. اگر جسمی 10,000 سال نوری از ما فاصله داشته باشد، به این معنی است که نور 10,000 سال طول می کشد تا به زمین برسد. بنابراین هر چه اخترشناسان فضایی دورتر به نظر برسند، بیشتر در زمان ما به دنبال آن هستیم.

مورد تأیید بهینه سازی جیمز وب برای تشخیص نور مادون قرمز ضعیف اولین ستاره ها یا کهکشان ها. در مقایسه با تلسکوپ فضایی هابل، جیمز وب در دوربین خود میدان دید 15 برابر وسیع تری دارد، شش برابر نور بیشتری را جمع آوری می کند و حسگرهای آن به گونه ای تنظیم شده اند که بیشترین حساسیت را به نور مادون قرمز داشته باشند.

استراتژی به این خواهد بود برای مدت طولانی عمیق به یک تکه از آسمان خیره شوید، جمع آوری نور و اطلاعات تا حد امکان از دورترین و قدیمی ترین کهکشان ها. با این داده ها، شاید بتوان پاسخ داد که دوران تاریکی کی و چگونه به پایان رسید، اما بسیاری از اکتشافات مهم دیگر وجود دارد که باید انجام شود. برای مثال، بازگشایی این داستان نیز ممکن است کمک به توضیح ماهیت ماده تاریک، شکل اسرارآمیز ماده که در مورد 80 درصد جرم کیهان.

جیمز وب است سخت ترین ماموریت از نظر فنی ناسا تا به حال تلاش کرده است. اما فکر می‌کنم پرسش‌های علمی که ممکن است به پاسخ دادن به آن کمک کند ارزش هر اونس تلاش را دارد. من و دیگر ستاره شناسان مشتاقانه منتظر بازگشت داده ها در سال 2022 هستیم.

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.

اعتبار تصویر: میدان عمیق هابل / ناسا

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