Najmočnejši vesoljski teleskop, kar jih je bilo kdaj zgrajen, se bo ozrl nazaj v temni vek vesolja

Nekateri so Nasin vesoljski teleskop Jamesa Webba poimenovali "teleskop, ki je jedel astronomijo.” Je najmočnejši vesoljski teleskop kdaj zgrajen in zapleten kos mehanskega origamija, ki je premaknil meje človeškega inženiringa. 18. decembra 2021 je teleskop po letih zamud in milijardah dolarjev prekoračitev stroškov predvidena za izstrelitev v orbito in uvod v naslednjo dobo astronomije.

Jaz sem Astronom s posebnostjo v opazovalni kozmologiji - 30 let preučujem oddaljene galaksije. Nekatera največja neodgovorjena vprašanja o vesolju se nanašajo na njegova zgodnja leta takoj po velikem poku. Kdaj so nastale prve zvezde in galaksije? Kateri je bil prvi in ​​zakaj? Neverjetno sem navdušen, da bodo astronomi morda kmalu odkrili zgodbo o tem, kako so se galaksije začele, saj je bil James Webb zgrajen posebej za odgovore na ta vprašanja.

"Temni vek" vesolja

Odlični dokazi kažejo, da se je vesolje začelo z dogodkom, imenovanim Big Bang Pred 13.8 milijardami let, kar ga je pustilo v ultra vročem, ultra gostem stanju. Vesolje se je takoj po velikem poku začelo širiti in se pri tem ohlajati. Eno sekundo po velikem poku je bilo vesolje široko sto bilijonov milj s povprečno temperaturo neverjetnih 18 milijard stopinj Fahrenheita (10 milijard stopinj Celzija). Približno 400,000 let po velikem poku je bilo vesolje veliko 10 milijonov svetlobnih let in temperatura se je ohladila do 5,500 stopinj Fahrenheita (3,000 stopinj Celzija). Če bi bil kdo tam in to videl na tej točki, bi vesolje svetilo motno rdeče kot ogromna toplotna svetilka.

Ves ta čas je bil vesolje napolnjen z gladko juho visokoenergijskih delcev, sevanja, vodika in helija. Nobene strukture ni bilo. Ko je vesolje, ki se širi, postalo večje in hladnejše, se je juha redčila in vse je postalo črno. To je bil začetek tega, kar astronomi imenujejo Temna doba vesolja.

Juha temnega srednjega veka je bila ni popolnoma enoten in zaradi gravitacije so se drobna področja plina začela združevati in postajati bolj gosta. Gladko vesolje je postalo grudasto in te majhne grude gostejšega plina so bile semena za morebitno nastanek zvezd, galaksij in vsega drugega v vesolju.

Čeprav ni bilo ničesar za videti, je bil temni srednji čas pomembna faza v razvoju vesolja.

Iščem prvo svetlobo

Temni srednji vek se je končal, ko je gravitacija oblikovala prve zvezde in galaksije, ki so sčasoma začele oddajati prvo svetlobo. Čeprav astronomi ne vedo, kdaj se je pojavila prva svetloba, je najboljša domneva, da je bila nekaj sto milijonov let po velikem poku. Astronomi tudi ne vedo, ali so najprej nastale zvezde ali galaksije.

Trenutne teorije na podlagi tega, kako gravitacija oblikuje strukturo v vesolju, v katerem prevladuje temna snov, kažejo, da so majhni predmeti, kot so zvezde in zvezdne kopice, verjetno najprej nastali in nato kasneje zrasli v pritlikave galaksije in nato v večje galaksije, kot je Rimska cesta. Te prve zvezde v vesolju so bile ekstremni objekti v primerjavi z današnjimi zvezdami. Oni so bili milijonkrat svetlejši vendar so živeli zelo kratko. Goreli so vroče in svetlo in ko so umrli, so odšli za seboj črne luknje do stokrat večja od Sončeve mase, kar bi lahko imelo delovali kot semena za nastanek galaksij.

Astronomi bi radi preučevali to fascinantno in pomembno obdobje vesolja, vendar je odkrivanje prve svetlobe neverjetno zahtevno. V primerjavi z današnjimi ogromnimi, svetlimi galaksijami so bili prvi objekti zelo majhni in zaradi nenehnega širjenja vesolja so zdaj od Zemlje oddaljeni več deset milijard svetlobnih let. Prav tako so bile najzgodnejše zvezde obdane s plinom, ki je ostal od njihovega nastanka in ta plin je deloval kot megla, ki je absorbirala večino svetlobe. Za to je trajalo nekaj sto milijonov let sevanje, da odžene meglo. Ta zgodnja svetloba je zelo šibka, ko pride do Zemlje.

A to ni edini izziv.

Ko se vesolje širi, nenehno razteza valovno dolžino svetlobe, ki potuje skozenj. To se imenuje rdeči premik ker premakne svetlobo krajših valovnih dolžin – kot je modra ali bela svetloba – v daljše valovne dolžine, kot je rdeča ali infrardeča svetloba. Čeprav ni popolna analogija, je podobno temu, kako, ko avtomobil pelje mimo vas, višina vseh zvokov, ki jih oddaja, opazno pade.

Do trenutka, ko svetloba, ki jo oddaja zgodnja zvezda ali galaksija pred 13 milijardami let, doseže kateri koli teleskop na Zemlji, se je zaradi širjenja vesolja raztegnila za faktor 10. Prihaja kot infrardeča svetloba, kar pomeni, da ima valovno dolžino daljšo od rdeče svetlobe. Če želite videti prvo svetlobo, morate iskati infrardečo svetlobo.

Teleskop kot časovni stroj

Vstopite v vesoljski teleskop James Webb.

Teleskopi so kot časovni stroji. Če je predmet oddaljen 10,000 svetlobnih let, to pomeni, da svetloba potrebuje 10,000 let, da doseže Zemljo. Bolj ko astronomi gledajo v vesolje, tem bolj nazaj v čas, ki ga iščemo.

Inženirji optimiziran James Webb za specifično zaznavanje šibke infrardeče svetlobe najzgodnejših zvezd ali galaksij. V primerjavi z vesoljskim teleskopom Hubble, James Webb ima na svoji kameri 15-krat širše vidno polje, zbere šestkrat več svetlobe, njegovi senzorji pa so nastavljeni tako, da so najbolj občutljivi na infrardečo svetlobo.

Strategija bo dolgo časa globoko strmite v en kos neba, zbiranje čim več svetlobe in informacij iz najbolj oddaljenih in najstarejših galaksij. S temi podatki je morda mogoče odgovoriti, kdaj in kako se je temni srednji vek končal, vendar je treba narediti še veliko drugih pomembnih odkritij. Na primer, lahko tudi razplet te zgodbe pomaga razložiti naravo temne snovi, skrivnostna oblika snovi, ki sestavlja približno 80 odstotkov mase vesolja.

James Webb je tehnično najtežja misija NASA je že kdaj poskušala. Vendar mislim, da bodo znanstvena vprašanja, na katera lahko pomaga odgovoriti, vredna vsakega truda. Jaz in drugi astronomi nestrpno čakamo, da se podatki začnejo vračati nekje leta 2022.

Ta članek je ponovno objavljen Pogovor pod licenco Creative Commons. Preberi Originalni članek.

Avtorstvo slike: Hubble Deep Field / NASA

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