A valaha épített legerősebb űrteleszkóp visszatekint az időben az univerzum sötét középkorába

Egyesek a NASA James Webb űrteleszkópját a „teleszkóp, amely csillagászatot evett.” Ez a legerősebb űrteleszkóp valaha készült, és egy összetett mechanikus origami darab, amely az emberi tervezés határait feszegette. 18. december 2021-án, évekig tartó késések és több milliárd dolláros költségtúllépés után a teleszkóp a tervek szerint pályára állítják és bevezeti a csillagászat következő korszakát.

én egy csillagász a megfigyelő kozmológia szakterületével – 30 éve tanulmányozom a távoli galaxisokat. Az univerzummal kapcsolatos legnagyobb megválaszolatlan kérdések az ősrobbanás utáni korai évekkel kapcsolatosak. Mikor keletkeztek az első csillagok és galaxisok? Melyik volt előbb, és miért? Hihetetlenül izgatott vagyok, hogy a csillagászok hamarosan felfedik a galaxisok keletkezésének történetét, mivel James Webb kifejezetten ezekre a kérdésekre épült.

Az Univerzum „sötét korszaka”.

Kiváló bizonyítékok mutatják, hogy az univerzum egy eseménnyel indult, az úgynevezett Big Bang 13.8 milliárd évvel ezelőtt, ami miatt ultraforró, ultrasűrű állapotba került. Az univerzum az Ősrobbanás után azonnal tágulni kezdett, miközben lehűlt. Egy másodperccel az ősrobbanás után a világegyetem százbillió mérföld átmérőjű volt, és az átlaghőmérséklet 18 milliárd Fahrenheit-fok (10 milliárd Celsius-fok) volt. Körülbelül 400,000 10 évvel az ősrobbanás után a világegyetem XNUMX millió fényév átmérőjű volt, és a hőmérséklet lehűlt 5,500 Fahrenheit-fokra (3,000 Celsius-fokra). Ha valaki ott lett volna ezen a ponton, hogy megnézze, az univerzum tompavörösen izzott volna, mint egy hatalmas hőlámpa.

Ez idő alatt az űrt nagy energiájú részecskék, sugárzás, hidrogén és hélium sima leves töltötte meg. Nem volt szerkezet. Ahogy a táguló univerzum egyre nagyobb és hidegebb lett, a leves kihígult, és minden feketévé vált. Ez volt a kezdete annak, amit a csillagászok a Sötét korok az univerzum.

A sötét középkor levese az volt nem tökéletesen egységes és a gravitáció hatására apró gázterületek kezdtek összetapadni és sűrűbbé válni. A sima univerzum csomóssá vált, és ezek a kis sűrűbb gázcsomók a csillagok, galaxisok és minden más, az univerzumban előforduló végső kialakulásának magjai voltak.

Bár nem volt mit látni, a sötét középkor fontos szakasza volt az univerzum fejlődésének.

Keresi az Első fényt

A sötét középkor akkor ért véget, amikor a gravitáció létrehozta az első csillagokat és galaxisokat, amelyek végül elkezdték kibocsátani az első fényt. Bár a csillagászok nem tudják, mikor jelent meg az első fény, a legjobb feltételezés az, hogy az volt több száz millió év az Ősrobbanás után. A csillagászok azt sem tudják, hogy a csillagok vagy a galaxisok keletkeztek-e először.

Jelenlegi elméletek Az alapján, hogy a gravitáció hogyan alakítja ki a szerkezetet a sötét anyag által uralt univerzumban, arra utal, hogy a kis objektumok – például a csillagok és a csillaghalmazok – valószínűleg először keletkeztek, majd később törpegalaxisokká, majd nagyobb galaxisokká, például a Tejútrendszerré nőttek. Ezek az első csillagok az univerzumban extrém objektumok voltak a mai csillagokhoz képest. Ők voltak milliószor fényesebb de nagyon rövid életet éltek. Forrón és fényesen égtek, és amikor meghaltak, maguk mögött hagyták fekete lyukak akár a Nap tömegének százszorosát is, ami esetleg lehetett a galaxisok kialakulásának magjaként működött.

A csillagászok szívesen tanulmányoznák a világegyetem eme lenyűgöző és fontos korszakát, de az első fény észlelése hihetetlenül nagy kihívást jelent. A mai hatalmas, fényes galaxisokhoz képest az első objektumok nagyon kicsik voltak, és az univerzum folyamatos tágulása miatt most több tízmilliárd fényévnyire vannak a Földtől. Ezenkívül a legkorábbi csillagokat a keletkezésükből visszamaradt gáz vette körül, és ez a gáz ködként hatott, amely elnyelte a fény nagy részét. Több száz millió évbe telt sugárzást, hogy elfújja a ködöt. Ez a korai fény nagyon halvány, mire a Földre ér.

De nem ez az egyetlen kihívás.

Ahogy az univerzum tágul, folyamatosan nyújtja a rajta áthaladó fény hullámhosszát. Ezt nevezik vöröseltolódás mert a rövidebb hullámhosszúságú fényt – például a kék vagy a fehér fényt – hosszabb hullámhosszokra, például vörös vagy infravörös fényre tolja el. Bár nem tökéletes analógia, hasonló ahhoz, amikor egy autó elhalad melletted, a hangok hangereje észrevehetően csökken.

Mire egy korai csillag vagy galaxis által 13 milliárd évvel ezelőtt kibocsátott fény eléri a Föld bármely távcsövét, a világegyetem tágulása 10-szeresére nyúlt. Infravörös fényként érkezik, ami azt jelenti, hogy a hullámhossza hosszabb, mint a vörös fényé. Az első fény megtekintéséhez infravörös fényt kell keresni.

A teleszkóp mint időgép

Lépjen be a James Webb űrteleszkópba.

A teleszkópok olyanok, mint az időgépek. Ha egy objektum 10,000 10,000 fényévre van, az azt jelenti, hogy a fénynek XNUMX XNUMX évre van szüksége ahhoz, hogy elérje a Földet. Tehát minél távolabbra néznek a csillagászok az űrben, annál távolabbra nézünk az időben.

Mérnökök optimalizált James Webb a legkorábbi csillagok vagy galaxisok gyenge infravörös fényének specifikus érzékelésére. A Hubble Űrteleszkóphoz képest James Webb kamerája 15-ször szélesebb látómezővel rendelkezik, hatszor több fényt gyűjt össze, érzékelőit pedig úgy hangolták, hogy az infravörös fényre a legérzékenyebbek legyenek.

A stratégia az lesz hosszan bámulja mélyen az égbolt egyik foltját, a lehető legtöbb fényt és információt összegyűjtve a legtávolabbi és legrégebbi galaxisokból. Ezekkel az adatokkal talán meg lehet válaszolni, hogy mikor és hogyan ért véget a sötét középkor, de sok más fontos felfedezés is várat magára. Például ennek a történetnek a feloldása is lehet segít megmagyarázni a sötét anyag természetét, az anyag titokzatos formája, amely kb Az univerzum tömegének 80 százaléka.

James Webb az technikailag legnehezebb küldetés A NASA valaha is próbálkozott. De úgy gondolom, hogy azok a tudományos kérdések, amelyek megválaszolásában segíthetnek, minden erőfeszítést megérnek. Én és más csillagászok izgatottan várjuk, hogy valamikor 2022-ben kezdjenek visszajönni az adatok.

Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.

A kép forrása: Hubble Deep Field / NASA

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