어떤 사람들은 NASA의 제임스 웹 우주 망원경을 “천문학을 먹은 망원경.” 그것은 가장 강력한 우주 망원경 인간 공학의 한계를 뛰어 넘은 복잡한 기계 종이 접기. 18년 2021월 XNUMX일, 수년간의 지연과 수십억 달러의 비용 초과 후 망원경은 궤도에 진입할 예정 천문학의 다음 시대를 여는 것입니다.
나는 천문학 자 관측 우주론을 전공한 저는 30년 동안 먼 은하를 연구해 왔습니다. 우주에 대한 가장 큰 답이 없는 질문 중 일부는 빅뱅 직후의 초기와 관련이 있습니다. 최초의 별과 은하는 언제 형성되었습니까? 어느 것이 먼저였으며 그 이유는 무엇입니까? 제임스 웹이 바로 이러한 질문에 답하기 위해 특별히 제작되었기 때문에 천문학자들이 은하가 어떻게 시작되었는지에 대한 이야기를 곧 밝힐 수 있게 되어 매우 기쁩니다.
우주의 '암흑기'
탁월한 증거는 우주가 다음과 같은 사건으로 시작되었음을 보여줍니다. 빅뱅 13.8억 년 전, 초고온, 초고밀도 상태가 되었습니다. 우주는 빅뱅 직후 팽창하기 시작했고, 그렇게 되면서 냉각되었습니다. 빅뱅 이후 18초 후, 우주는 10조 마일에 달했고 평균 온도는 화씨 400,000억 도(섭씨 10억 도)였습니다. 빅뱅 이후 약 XNUMX만 년 후, 우주의 너비는 XNUMX천만 광년이었고, 온도가 식었다 화씨 5,500도(섭씨 3,000도). 이 시점에 누군가가 그것을 보기 위해 거기에 있었다면 우주는 거대한 열 램프처럼 둔한 붉게 빛나고 있었을 것입니다.
이 기간 동안 우주는 고에너지 입자, 방사선, 수소, 헬륨으로 이루어진 부드러운 수프로 채워졌습니다. 구조가 없었습니다. 팽창하는 우주가 점점 더 커지고 차가워지면서 국물이 묽어지고 모든 것이 검게 변했습니다. 이것이 천문학자들이 부르는 것의 시작이었습니다. 암흑기 우주의.
암흑기의 수프는 완벽하게 균일하지 않다 그리고 중력으로 인해 가스의 작은 영역이 뭉쳐지기 시작했고 더 조밀해졌습니다. 매끄러운 우주는 덩어리가 되었고 밀도가 더 높은 이 작은 가스 덩어리는 별, 은하 및 우주의 다른 모든 것이 궁극적으로 형성되는 씨앗이 되었습니다.
볼 것은 없었지만 암흑기는 우주의 진화에서 중요한 단계였습니다.
첫 번째 빛을 찾아서
암흑 시대는 중력이 최초의 별과 은하를 형성하여 결국 최초의 빛을 방출하기 시작했을 때 끝났습니다. 천문학자들은 최초의 빛이 언제 일어났는지 모르지만 가장 좋은 추측은 몇억년 빅뱅 이후. 천문학자들은 또한 별이나 은하가 먼저 형성되었는지 알지 못합니다.
현재 이론 암흑 물질이 지배하는 우주에서 중력이 어떻게 구조를 형성하는지에 기초하여, 별과 성단과 같은 작은 물체가 먼저 형성되고 나중에 왜소 은하로, 그 다음에는 우리 은하와 같은 더 큰 은하로 성장할 가능성이 있음을 시사합니다. 우주의 이 최초의 별들은 오늘날의 별들에 비해 극단적인 물체였습니다. 그들은 백만배 더 밝게 그러나 그들은 매우 짧은 삶을 살았습니다. 그들은 뜨겁고 밝게 타올랐고 그들이 죽을 때 그들은 뒤에 남았습니다. 블랙홀 태양 질량의 XNUMX배까지 가능하며, 은하 형성의 씨앗으로 작용.
천문학자들은 이 흥미롭고 중요한 우주 시대를 연구하고 싶어하지만 첫 번째 빛을 감지하는 것은 엄청나게 어렵습니다. 오늘날의 거대하고 밝은 은하와 비교할 때 최초의 물체는 매우 작았고 우주의 끊임없는 팽창으로 인해 이제 지구에서 수백억 광년 떨어져 있습니다. 또한 초기 별들은 생성 후 남은 가스로 둘러싸여 있었고 이 가스는 대부분의 빛을 흡수하는 안개처럼 작용했습니다. 수억 년이 걸렸다. 안개를 날려 버리는 방사선. 이 초기 빛은 지구에 도착할 때쯤에는 매우 희미합니다.
그러나 이것이 유일한 도전은 아닙니다.
우주가 팽창함에 따라 우주를 통과하는 빛의 파장은 계속 늘어납니다. 이것은 ... 불리운다 적색 편이 청색광이나 백색광과 같은 더 짧은 파장의 빛을 적색 또는 적외선과 같은 더 긴 파장으로 이동시키기 때문입니다. 완벽한 비유는 아니지만 자동차가 당신을 지나칠 때 내는 소리의 높이가 눈에 띄게 떨어지는 것과 비슷합니다.
13억 년 전 초기 별이나 은하에서 방출된 빛이 지구의 망원경에 도달할 때쯤이면 우주의 팽창으로 인해 10분의 XNUMX로 늘어났습니다. 그것은 적외선으로 도착하는데, 이는 적색광보다 파장이 더 길다는 것을 의미합니다. 첫 번째 빛을 보려면 적외선을 찾아야 합니다.
타임머신으로서의 망원경
제임스 웹 우주 망원경으로 들어가십시오.
망원경은 타임머신과 같습니다. 만약 물체가 10,000광년 떨어져 있다면 그것은 빛이 지구에 도달하는 데 10,000년이 걸린다는 것을 의미합니다. 그래서 우주 천문학자들은 더 멀리서 보면, 우리가 찾고 있는 시간을 더 거슬러.
엔지니어 최적화된 제임스 웹 가장 오래된 별이나 은하의 희미한 적외선을 구체적으로 감지하기 위해. 허블 우주망원경과 비교하면, James Webb는 카메라의 15배 더 넓은 시야를 가지고 있습니다., XNUMX배 더 많은 빛을 수집하고 센서는 적외선에 가장 민감하도록 조정됩니다.
전략은 오랫동안 하늘의 한 조각을 깊이 응시하다, 가장 멀리 있고 가장 오래된 은하에서 가능한 한 많은 빛과 정보를 수집합니다. 이 데이터를 통해 암흑기가 언제 어떻게 끝났는지 답하는 것이 가능할 수 있지만, 다른 중요한 발견이 많이 있습니다. 예를 들어 이 이야기를 풀어보면 암흑 물질의 본질을 설명하는 데 도움, 물질을 구성하는 신비한 형태의 물질 우주 질량의 80%.
제임스 웹은 기술적으로 가장 어려운 임무 NASA는 시도한 적이 있습니다. 그러나 나는 그것이 대답하는 데 도움이 될 수 있는 과학적 질문에 대해 모든 노력을 기울일 만한 가치가 있다고 생각합니다. 나와 다른 천문학자들은 2022년 언젠가 데이터가 다시 나오기 시작하기를 신나게 기다리고 있습니다.
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이미지 크레디트: 허블 딥 필드 / NASA
