تلسكوب جيمس ويب الفضائي يشبه آلة الزمن الكونية. هنا لماذا

سديم كارينا. (وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الكندية و STScI)

لقد كان أسبوعًا مثيرًا مع إطلاق الصور المذهلة لكوننا بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST).

تمنحنا الصور مثل الصورة أدناه فرصة لرؤية المجرات البعيدة الباهتة كما كانت منذ أكثر من 13 مليار سنة.

إنه الوقت المثالي للرجوع إلى الوراء وتقدير تذكرتنا من الدرجة الأولى إلى أعماق الكون وكيف تسمح لنا هذه الصور بالنظر إلى الوراء في الوقت المناسب.

(وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الكندية و STScI)

أعلاه: تم التقاط صورة المجال العميق SMACS 0723 مع تعريض ضوئي مدته 12.5 ساعة فقط. بعثت المجرات الخافتة في هذه الصورة هذا الضوء منذ أكثر من 13 مليار سنة.

تثير هذه الصور أيضًا نقاطًا مثيرة للاهتمام حول كيفية تأثير توسع الكون في الطريقة التي نحسب بها المسافات على مقياس كوني.

السفر عبر الزمن الحديث

قد يبدو النظر إلى الماضي وكأنه مفهوم غريب ، لكنه ما يفعله باحثو الفضاء كل يوم.

كوننا مرتبط بقواعد الفيزياء ، مع واحدة من 'القواعد' الأكثر شهرة هي سرعة الضوء. وعندما نتحدث عن 'الضوء' ، فإننا في الواقع نشير إلى جميع الأطوال الموجية عبر الطيف الكهرومغناطيسي ، والتي يسافر بسرعة هائلة تصل إلى 300000 كيلومتر (حوالي 186400 ميل) في الثانية.

يسافر الضوء بسرعة كبيرة بحيث يبدو أنه فوري في حياتنا اليومية. حتى في هذه السرعات الفائقة ، لا يزال السفر إلى أي مكان عبر الكون يستغرق بعض الوقت.

عندما تنظر إلى القمر ، في الواقع تراه كما كان قبل 1.3 ثانية. إنها مجرد نظرة خاطفة صغيرة إلى الوراء في الوقت المناسب ، لكنها لا تزال من الماضي. إنه نفس الشيء مع ضوء الشمس ، باستثناء الفوتونات (جزيئات الضوء) المنبعثة من سطح الشمس تسافر ما يزيد قليلاً عن 8 دقائق قبل أن تصل أخيرًا إلى الأرض.

تمتد مجرتنا درب التبانة على أكثر من 100000 سنة ضوئية. والنجوم الجميلة المولودة حديثًا التي شوهدت في JWST'sسديم كاريناالصورة 7500 سنة ضوئية.

بعبارة أخرى ، يعود تاريخ هذا السديم كما في الصورة إلى ما يقرب من 2000 عام أقدم من الوقت الذي يُعتقد فيه أن أول كتابة على الإطلاق كانت. اخترع في بلاد ما بين النهرين القديمة.

سديم كارينا هو مكان ولادة النجوم. (وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الكندية و STScI)

في أي وقت ننظر فيه بعيدًا عن الأرض ، فإننا ننظر إلى الوراء في الوقت المناسب إلى كيف كانت الأشياء من قبل. هذه قوة عظمى لعلماء الفلك لأننا نستطيع استخدام الضوء ، كما لوحظ على مر الزمن ، لمحاولة حل لغز كوننا معًا.

ما الذي يجعل JWST مذهلة

تتيح لنا التلسكوبات الفضائية رؤية نطاقات معينة من الضوء غير قادرة على المرور عبر الغلاف الجوي الكثيف للأرض. تم تصميم تلسكوب هابل الفضائي وتحسينه لاستخدام كل من الأشعة فوق البنفسجية (UV) والأجزاء المرئية من الطيف الكهرومغناطيسي.

تم تصميم JWST لاستخدام نطاق واسع من ضوء الأشعة تحت الحمراء. وهذا هو السبب الرئيسي الذي يجعل JWST يرى في الزمن أبعد من هابل.

(ناسا ، جيه أولمستيد ، إس تي إس سي آي)

أعلاه: الطيف الكهرومغناطيسي مع نطاقات Hubble و JWST. تم تحسين هابل لرؤية أطوال موجية أقصر. يكمل هذان المقرابان بعضهما البعض ، مما يعطينا صورة أكمل عن الكون.

تصدر المجرات مجموعة من الأطوال الموجية على الطيف الكهرومغناطيسي ، من أشعة غاما إلى موجات الراديو وكل شيء بينهما. كل هذه تعطينا معلومات مهمة حول الفيزياء المختلفة التي تحدث في المجرة.

عندما تكون المجرات قريبة منا ، لم يتغير ضوءها كثيرًا منذ انبعاثه ، ويمكننا استكشاف نطاق واسع من هذه الأطوال الموجية لفهم ما يحدث بداخلها.

ولكن عندما تكون المجرات بعيدة للغاية ، لم يعد لدينا هذا الرفاهية. إن الضوء القادم من المجرات الأبعد ، كما نراه الآن ، قد امتد إلى أطوال موجية أطول وأكثر احمرارًا بسبب تمدد الكون.

هذا يعني أن بعض الضوء الذي كان يمكن أن يكون مرئيًا لأعيننا عندما انبعث لأول مرة قد فقد الطاقة منذ ذلك الحين مع توسع الكون. إنه الآن في منطقة مختلفة تمامًا من الطيف الكهرومغناطيسي. هذه ظاهرة تسمى الانزياح الأحمر الكوني .

وهذا هو المكان الذي يضيء فيه JWST حقًا. النطاق الواسع لأطوال موجات الأشعة تحت الحمراء التي يمكن اكتشافها بواسطة JWST يسمح له برؤية المجرات التي لم يستطع هابل اكتشافها. اجمع هذه الإمكانية مع مرآة JWST الهائلة ودقة البكسل الرائعة ، وستحصل على أقوى آلة زمنية في الكون المعروف.

عمر الضوء لا يساوي المسافة

باستخدام JWST ، سنكون قادرين على التقاط مجرات بعيدة للغاية حيث كانت بعد 100 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم - الذي حدث منذ حوالي 13.8 مليار سنة. لذلك سنكون قادرين على رؤية الضوء منذ 13.7 مليار سنة.

لكن ما هو على وشك أن يؤذي عقلك هو أن تلك المجرات ليست على بعد 13.7 مليار سنة ضوئية. المسافة الفعلية لهذه المجرات اليوم ستكون 46 مليار سنة ضوئية.

يعود هذا التناقض كله إلى الكون المتوسع ، ويجعل العمل على نطاق واسع أمرًا صعبًا للغاية.

الكون يتوسع بسبب شيء يسمى الطاقة المظلمة . يُعتقد أنه ثابت عالمي ، يعمل بشكل متساوٍ في جميع مناطق الزمكان (نسيج كوننا).

وكلما تمدد الكون ، زاد التأثير الطاقة المظلمة لديها على توسعها. هذا هو السبب في أنه على الرغم من أن عمر الكون يبلغ 13.8 مليار سنة ، إلا أنه يبلغ في الواقع حوالي 93 مليار سنة ضوئية.

لا يمكننا رؤية تأثير الطاقة المظلمة على مقياس مجري (داخل مجرة ​​درب التبانة) ، ولكن يمكننا رؤيتها على مسافات كونية أكبر بكثير.

اجلس واستمتع

نحن نعيش في زمن رائع للتكنولوجيا. قبل 100 عام فقط ، لم نكن نعلم بوجود مجرات خارج مجراتنا. الآن نقدر أن هناك تريليونات ، ونحن مدللون للاختيار.

وفي المستقبل المنظور ، سيأخذنا JWST في رحلة عبر المكان والزمان كل أسبوع.

سارة ويب ، زميل أبحاث ما بعد الدكتوراه ، مركز الفيزياء الفلكية والحوسبة الفائقة ، جامعة سوينبرن للتكنولوجيا .

تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة بموجب رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقالة الأصلية .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.