مروری بر دستاوردهای پیشرفته ترین تلسكوپ فضایی جهان
سوغاتی های جیمز وب از فضا برای ما چه بوده است؟
به گزارش راستابلاگ، در این گزارش به شرح این مسئله می پردازیم که تلسکوپ فضایی «جیمز وب» از زمان پرتاب تابحال چگونه مدلهای تکامل کیهانی ما را تغییر داده و همچنان به بینش ما در رابطه با جهان هستی عمق می بخشد. ابزارهای با وضوح بالای آن، اجرامی را نشان می دهند که برای گذشته بسیار دور هستند و امکان مطالعه ستارگان اولیه، کهکشان ها و سیارات فراخورشیدی بالقوه قابل سکونت را فراهم می کنند.
به گزارش راستابلاگ به نقل از ایسنا، روز ۲۵ دسامبر ۲۰۲۱ بود که بعد از سال ها تاخیر، آزمایش و هزینه های چشم گیر، سر انجام تلسکوپ فضایی جیمز وب(JWST) به فضا پرتاب شد، اما نشان داد که این انتظار، ارزش صبر اخترشناسان، اخترفیزیکدانان، کیهان شناسان، مهندسان و علاقمندان به فضا را داشت.
این تلسکوپ فضایی نسل جدید، بزرگترین و پیچیده ترین رصدخانه فضایی است که تابحال به فضا پرتاب شده است و حساس ترین رصدخانه فروسرخ است که تابحال تولید شده است.
هر آن چه «جیمز وب» از زمان آغاز عملیات علمی خود در ژوئیه ۲۰۲۲ فاش کرده است، دیدنی و خیره کننده بوده است.
«جیمز وب» به عنوان یک مأموریت جانشین برای تلسکوپ های فضایی هابل و اسپیتزر، مجهز به تصویرگرها و طیف سنج هایی با وضوح بالاست که به آن اجازه می دهد اجرامی را ببیند که برای مأموریت های قبلی، بسیار دور یا کم نور هستند.
این تلسکوپ، امکان بررسی در خیلی از زمینه های ستاره شناسی و کیهان شناسی را همچون مشاهده نخستین ستاره ها و کهکشان ها در کیهان، منظومه های ستاره ای جوان و سیاراتی که هنوز درحال شکل دهی هستند و همینطور توصیف سیارات فراخورشیدی بالقوه قابل سکونت فراهم می آورد.
خیلی از این یافته ها به همان اندازه که فاش کننده و دیدنی بودند، غیرمنتظره هم بودند.
اهداف اصلی «جیمز وب» شامل حل بعضی از عمیق ترین اسرار کیهان شناسی، مانند سرعت انبساط جهان و چگونگی شکل دهی نخستین کهکشان ها بود. با این وجود، مشاهدات آن به جای حل این اسرار، آنها را عمیق تر کرده است.
بعد از بیشتر از دو سال مشاهدات و انتشار داده ها توسط «جیمز وب»، حالا زمان ارزیابی آن چه که به ما نشان داده است، فرا رسیده است.
کنار زدن حجاب جهان
یکی از اهداف اولیه «جیمز وب»، مشاهده تشکیل نخستین ستاره ها و کهکشان ها بود که تقریبا ۳۸۰ هزار سال بعد از مه بانگ شروع شد. این مصادف است با چیزی که کیهان شناسان به عنوان «عصر تاریک» کیهانی می شناسند که تا یک میلیارد سال بعد از مه بانگ ادامه داشت.
پیش از این دوره، نخستین ذرات زیر اتمی در کیهان، متشکل از الکترون ها و پروتون ها تشکیل شدند که با هم ترکیب شدند و نخستین اتم های هیدروژن و هلیوم را ایجاد کردند. در نتیجه، کیهان توسط ابرهای هیدروژن خنثی در سرتاسر این دوره نفوذ کرد.
تنها منابع نور (فوتون ها) از این عصر کیهان شناسی که امروزه برای ستاره شناسان قابل مشاهده می باشد، تابش باقیمانده ای است که حالا به عنوان تابش پس زمینه مایکروویو کیهانی(CMB) و فوتون هایی که گه گاه توسط اتم های هیدروژن خنثی آزاد می شوند، قابل مشاهده می باشد. این فرایند از نخستین ستاره ها و کهکشان ها به وجود آمد که بیشتر هیدروژن خنثی در جهان را باردیگر یونیزه کرد.
باتوجه به فواصل کیهانی درگیر، منبع نور دوم «تغییر طیف سرخ» است، تا جایی که فقط در بخشهایی از طیف فروسرخ قابل مشاهده می باشد که مشاهده آنها بسیار دشوار است.
به صورت خلاصه، دوره ای که نخستین ستارگان و کهکشان ها شکل گرفتند و آغاز به تکامل کردند، قبلاً برای ستاره شناسان «تاریک» بودند و از همین رو نام آنرا «عصر تاریک» گذاشته بودند.
طی چند صد میلیون سال بعد، ابرهای هیدروژنی با هم ادغام شدند و نخستین ستاره ها و کهکشان ها را تشکیل دادند؛ دوره ای که کیهان شناسان آنرا «سپیده دم کیهانی» می نامند. این ستارگان بسیار پرجرم، داغ و با عمر کوتاه بودند و فقط چند ده میلیون سال دوام آوردند و مقادیر شدیدی از اشعه فرابنفش ساطع کردند. این تابش منجر به «عصر بازیونیزه شدن» شد؛ جایی که هیدروژن خنثی به پلاسما، الکترون های آزاد و پروتون ها تقسیم شد.
این فرایند تا یک میلیارد سال بعد از مه بانگ، منجر به «شفاف» شدن جهان برای ابزارهای مدرن شد. برای دهه ها، دانشمندان امیدوار بودند که این کهکشان های اولیه را در صورتیکه هنوز درحال شکل دهی بوده اند، ببینند تا به سؤالاتی در مورد چگونگی شروع تکامل جهان به آن چه امروز می بینیم، پاسخ دهد.
به لطف وضوح پیشرفته «جیمز وب» و ابزارهای پیشرفته فروسرخ آن، نخستین کهکشان هایی که در طول «سپیده دم کیهانی» وجود داشتند، حالا قابل مشاهده شده اند.
با این وجود، بعضی از شگفتی ها در انتظار اخترشناسان بود، چونکه «جیمز وب» این حجاب را کنار زد. اول این که کمتر از یک میلیارد سال بعد از مه بانگ، کهکشان های بسیار بیشتری نسبت به آن چه که مدلهای کیهانی تثبیت شده پیش بینی می کنند، وجود داشته است. دوم این که خود کهکشان ها بسیار بزرگتر و درخشان تر از آن چه انتظار میرفت، به نظر می رسیدند.
همانطور که ایتان سیگل(Ethan Seigel)، اخترفیزیکدان نظری و نویسنده علم که در کیهان شناسی مه بانگ تخصص دارد، می گوید: ما انتظار داشتیم که کهکشان های اولیه از نظر تعداد و درخشندگی کمتر از آن چه ما واقعا می بینیم، به نظر برسند. اما مهم تر از همه، «جیمز وب» یک رصدخانه جدید بود و مدلهای نظری ما به ما می اظهار داشت که بر مبنای دانش پیش از «جیمز وب» چه انتظاری داشته باشیم.
خوشبختانه ستاره شناسان درحال ابداع نظریه هایی در مورد این هستند که چرا کهکشان های مشاهده شده انتظارات قبلی را نادیده می گیرند. بر مبنای مطالعه اخیر اخترشناسان بر پایه نظرسنجی بین المللی تکامل کیهانی (CEERS)، روشنایی مشاهده شده امکان دارد یک توهم نوری بوده باشد.
از لحاظ نظری، سیاه چاله های کلان جرم در مرکز این کهکشان های اولیه به سرعت گاز مصرف می کردند و سبب اصطکاک می شدند که سبب تولید نور و گرما توسط گاز می شد.
این مشابه چیزی است که اخترشناسان امروزه با اختروش ها مشاهده کرده اند؛ مناطق مرکزی درخشان کهکشان ها با ابرسیاه چاله هایی که بطور موقت از بقیه کهکشان بیشتر می درخشند. اگر چنین بود، نور ساطع شده از گاز، توهم ستارگان بسیار بیشتری را نسبت به مشاهدات «جیمز وب» ایجاد می کرد.
تحقیقات مشابه حاکی از آنست که کیهان در این دوره بسیار متراکم تر بوده است و از بیرون راندن گاز توسط ستاره های اولیه در طول شکل دهی جلوگیری می کرده است. این بدان معناست که نخستین ستارگان در کیهان با سرعت بیشتری شکل گرفته اند و به خیلی از کهکشان ها اجازه داده زودتر از حد انتظار به وجود بیایند.
با این وجود، همانطور که سیگل توضیح داد، اینها تنها دو مورد از تعداد انگشت شماری از احتمالات هستند.
به گفته ی ایشان، چیزی که در مورد یافتن تعداد زیادی از کهکشان های ظاهراً درخشان در اوایل تاریخ کیهان جذاب است، اینست که سبب می شود نه تنها مفروضات زیربنایی خویش را باردیگر بررسی نماییم، بلکه ما را وادار می کند تا برای حل معما تلاش نماییم. انگار چهار عامل کمک کننده وجود دارد که منجر به این تعداد زیاد از کهکشان های درخشان اولیه می شود.
وی ادامه داد: نخستین مورد اینست که «جیمز وب» در مقایسه با آن چه که برای آن طراحی شده بود، عملکرد بیشتر از انتظاری داشته است. سطوح نوری آن دقیق تر و حتی تمیزتر از حد انتظار است، به این معنا که نه تنها کهکشان های اولیه، بلکه هر جرمی که مشاهده می کند، درخشان تر و تیزتر از آن چه انتظار داشتیم، بنظر می رسد.
سیگل اضافه کرد: دوم این که شبیه سازی های اولیه با جزئیات کافی مدل سازی نمی کردند که چه اتفاقی برای چگال ترین مناطق اولیه در اوایل تاریخ کیهان افتاده است. این مناطق، همانطور که شناخته شده اند، احیانا دو سوم از نخستین کهکشان های درخشان را می سازند، اما دو عامل اخیر، مشاهده ای هستند و به ما نشان می دهند که مدلهای قبل از «جیمز وب» ما برای چگونگی تبدیل روشنایی به جرم بیش از اندازه ساده شده اند. ما بسادگی فکر می کردیم که نور، جرم را ردیابی می کند و نور ستاره ای که می بینید به شما امکان می دهد تا این که چه مقدار جرم بشکل ستاره ها وجود دارد را بازسازی کنید.
به قول سیگل، با اینحال این تنها در صورتی درست است که فرض نماییم ستارگان مسئول ۱۰۰ درصد نوری هستند که می بینیم و همینطور ستاره ها با سرعتی پیوسته تشکیل می شوند، اما هیچ کدام از این موارد درست نیست. ستارگان به صورت پیوسته با سرعت یکسانی شکل نمی گیرند، بلکه در طی زمان به شکل انفجاری شکل می گیرند، جایی که ظرف یک انفجار، کهکشان نسبت به جرم خود بسیار درخشان بنظر می رسد.
همینطور خیلی از کهکشان های اولیه دارای ابرسیاه چاله های فعال می باشند که می توانند بطور موقت به سبب فعالیت غیرستاره ای، درخشش این کهکشان ها را بالا برند.
تنها با درنظر گرفتن هر چهار عامل فوق می توانیم ببینیم که مدل پایه ما از کیهان شناسی نقض نشده است و تعداد فراوان کهکشان های درخشان و اولیه مشاهده شده توسط «جیمز وب» آنرا نقض نکرده است، بلکه «جیمز وب» ما را مجبور کرده عمیق تر نگاه نماییم تا بفهمیم دقیقا چه چیزهایی را به چه علتی می بینیم.
بدین سبب باآنکه نتایج غیرمنتظره بودند، اما لزوماً به این معنا نیستند که مدلهای کیهانی ما باید کنار گذاشته شوند. باید کمی در آنها تجدید نظر کرد، اما نه این که آنها را کنار گذاشت.
تنش هابل
یکی دیگر از اهداف اصلی مأموریت «جیمز وب»، حل تناقضات اندازه گیری فواصل کیهانی بود که از دهه ۱۹۹۰ گریبان اخترشناسان را گرفته است.
وقتی صحبت از اندازه گیری فواصل کیهانی می شود، اخترشناسان به چندین روش متکی هستند که در مجموع به عنوان «نردبان فاصله کیهانی» شناخته می شوند. دانشمندان با این اندازه گیری ها می توانند سرعت انبساط کیهان (معروف به ثابت هابل-لومتر) را در طی زمان تعیین کنند.
اخترشناسان برای فواصل محلی حدود ۱۰ هزار تا ۱۰۰ هزار سال نوری به اندازه گیری اختلاف منظر ستارگان «متغیر دلتا قیفاووسی» متکی هستند. اندازه گیری اختلاف منظر از دوران باستان برای تعیین فاصله سیارات استفاده شده است.
در نجوم مدرن، این تکنیک، ستارگانی را مشاهده می کند که در طی زمان از نظر روشنایی تغییر می کنند. از همین رو به آن «متغیر» می گویند. این شیوه به دانشمندان اجازه می دهد تا بر مبنای میزان نوری که به رصدخانه های ما می رسد، تعیین کنند که چقدر باید از ما فاصله داشته باشند.
ستاره شناسان برای فواصل ۱۰۰ هزار تا ۱۰۰ میلیون سال نوری به متغیرهای «دلتا قیفاووسی»( Cepheids) و «آرآر شلیاقی»(RR Lyraes) متکی هستند.
پله بعدی این نردبان به اجرام بسیار درخشان تری نیاز دارد. ابرنواخترهای نوع ۱a که به ستاره شناسان اجازه می دهد تا اندازه گیری های انتقال به سرخ کهکشان هایی را تا فاصله ۱۰ میلیارد سال نوری از ما انجام دهند. برای فراتر از این هم اخترشناسان برای تعیین فواصل باید به اندازه گیری های «انتقال به سرخ» تکیه کنند.
«انتقال به سرخ» توضیح می دهد که چگونه نور از منابع کیهانی دور بسمت انتهای سرخ طیف منتقل می شود. این نتیجه انبساط کیهان (معروف به قانون هابل) است؛ جایی که فاصله فزاینده بین زمین و اجرام آسمانی سبب می شود طول موج این نور طولانی تر شود و سرخ تر به نظر برسد. پیش از دهه ۱۹۹۰، مشاهدات نجومی و اندازه گیری های انتقال به سرخ، به اجرام در فاصله چهار میلیارد سال نوری از زمین محدود می شد.
اخترشناسان به لطف مشاهدات انجام شده توسط تلسکوپ فضایی هابل در دهه های ۱۹۹۰ و ۲۰۰۰ توانستند جابه جایی بعضی از دوردست ترین اجرام کیهان را مشاهده و اندازه گیری کنند؛ یعنی کهکشان هایی که از «عصر تاریک» در حدود ۱۳ میلیارد سال پیش ظاهر شدند.
این مشاهدات شامل مشاهدات میدان عمیق هابل(HDF) در سال ۱۹۹۵ و میدان عمیق هابل جنوبی(HDF-۲) در سال ۱۹۹۶ بود. بعد از آن میدان فوق عمیق هابل(HUDF) در سال ۲۰۰۲ انجام شد.
این با اندازه گیری تابش پس زمینه کیهانی توسط مأموریت هایی مانند کاوشگر پس زمینه کیهانی ناسا(COBE) و مأموریت پلانک آژانس فضایی اروپا(ESA) همراه بود. این مأموریت ها به اخترشناسان اجازه می داد تا اندازه گیری های انتقال به سرخ اولیه ترین نور در کیهان را انجام دهند. متاسفانه نتایج به درستی اندازه گیری نشد و ستاره شناسان مقادیر متفاوتی را بین اندازه گیری های محلی و اندازه گیری های دوردست ترین کهکشان ها به دست آوردند.
اندازه گیری های انجام شده از تابش پس زمینه کیهانی نشان داد که ثابت هابل حدود ۶۸ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک(Mpc) است. این بدان معناست که به ازای هر میلیون پارسک (حدود ۳.۲۶ میلیون سال نوری)، سرعت انبساط کیهان در هر ثانیه ۶۸ کیلومتر بیشتر می شود. با این وجود، اندازه گیری های محلی مقدار ۷۴ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک را نشان داد. این نتایج در «تنش» با یکدیگر بودند، بدین جهت اصطلاح «تنش هابل» برای آن بکار برده می شود.
سیگل می گوید: کاری که «جیمز وب» در انجام آن فوق العاده بود، حل یکی از بزرگترین عدم قطعیت های باقیمانده در اندازه گیری «دلتا قیفاووسی» در نردبان فواصل کیهانی، یعنی ازدحام میدانی ستاره های متغیر قیفاووسی در کهکشان هایی فراتر از کهکشان ما بود. ما حالا با وضوحی که «جیمز وب» عرضه می دهد، می توانیم ببینیم که داده های هابل واقعا به درستی تفسیر شده است و این، اهمیت «تنش هابل» را بیشتر می کند.
تلاش هایی برای توضیح این مساله انجام شده است، همچون این احتمال که «انرژی تاریک اولیه»(EDE) در این دوره درحال کار بوده است. بر طبق این نظریه، حضور EDE منجر به انفجاری از انبساط اضافی و غیرمنتظره در جهان جوان می شود. EDE حدود ۱۰ درصد از کل چگالی انرژی کیهان را تشکیل می داده، سپس سریع تر از سایر اشکال تشعشع فروپاشی کرده و تکامل اواخر جهان را بدون تغییر باقی گذاشته است.
سیگل می گوید: توضیحات بالقوه ای وجود دارد که انرژی تاریک اولیه یکی از آنهاست و همه آنها از بسیاری جهات ناراضی کننده هستند. این یک معمای آسان نیست، بلکه بخشی از چیزی است که آنرا بسیار جالب می کند.
اینها تنها بخشی از اسراری هستند که «جیمز وب» تابحال بررسی نموده است و آن چه یافته است، خیلی از تصورات قبلی در رابطه با جهان را به چالش کشیده است. این یافته ها و کوشش های دانشمندان برای حل آنها مستلزم آن است که مدلهای فعلی ما دستخوش تغییرات و تعدیل های جزئی شوند. با این وجود، «جیمز وب» منجر به نظریه های بهبود یافته و دقیق تر در مورد چگونگی شکل دهی و تکامل جهان از زمان مه بانگ می شود.
تغییر مدلهای تکامل کیهانی با یافته های «جیمز وب»
پیش از «جیمز وب»، ایده اصلی این بود که سیاه چاله های ستاره ای به تدریج به سیاه چاله های کلان جرم یا ابرسیاه چاله ها تبدیل گشته اند.
تابحال بررسی کردیم که «جیمز وب» چگونه به قرون تاریک کیهانی نفوذ کرده و نخستین کهکشان های جهان را به تصویر کشیده است. این مشاهدات همینطور به اخترشناسان اجازه می دهد تا تخمین های خویش را در مورد انبساط کیهانی (معروف به ثابت هابل) بروزرسانی کنند؛ کاری که آنها برای دهه ها تلاش نموده اند انجام دهند.
با این وجود، این مشاهدات بعضی از یافته های واقعا غیرمنتظره را نشان داد. مشاهدات «جیمز وب» بیشتر از پیش بینی های مدلهای کیهانی ما در کیهان اولیه، کهکشان های بیشتری را نشان داد. علاوه بر این، کهکشان ها بسیار درخشان تر از حد انتظار بودند که نشان میدهد ستارگان سریع تر از آن چه این مدلها پیش بینی می کردند، شکل گرفته اند.
علاوه بر همه اینها، این مشاهدات نشان داد که در واقع تضاد بین اندازه گیری های فاصله محلی و اندازه گیری های کیهان اولیه (معروف به تنش هابل) وجود دارد.
ستاره شناسان و کیهان شناسان برای توضیح این مکاشفات غیرمنتظره سخت کار کرده اند و نظریه های جالبی هم عرضه شده است که شامل انرژی تاریک اولیه(EDE) است که در دوران اولیه کیهان فشار بیشتری را وارد کرده و جستجو برای توضیحات بیشتر آن ادامه دارد.
در این بین، «جیمز وب» اکتشافات اعجاب انگیز دیگری را رقم زده است که شامل مشاهدات سیارات فراخورشیدی، نخستین ابرسیاه چاله ها(SMBH) در کیهان و حتی برخی جزئیات اعجاب انگیز در مورد سیارات منظومه شمسی است.
خصوصیات سیاره های فراخورشیدی
تلسکوپ فضایی «جیمز وب»، مطالعه سیارات فراخورشیدی را با انتقال میدان دید از کشف به تعیین مشخصات دقیق آنها متحول کرده است.
تابحال ستاره شناسان وجود ۵۷۸۷ سیاره فراخورشیدی را در ۴۳۲۵ منظومه سیاره ای تایید نموده اند و هزاران سیاره دیگر هم در انتظار تایید هستند.
دانشمندان با ابزارها و طیف سنج های پیچیده فروسرخ «جیمز وب» می توانند اتمسفر این سیارات را برای شناسایی نشانه های شیمیایی مانند بخار آب، اکسیژن یا متان که امکان دارد به قابلیت سکونت یا حتی حیات در یک سیاره فراخورشیدی اشاره کند، تحلیل و بررسی کنند.
یکی از سیاره های فراخورشیدی که «جیمز وب» مشاهده کرده، «WASP-۹۶ b» نام دارد که یک «مشتری داغ» است که به دور ستاره خورشیدمانند خود در فاصله ۱۱۵۰ سال نوری از ما می گردد که فاصله بسیار نزدیکی است. به لطف «جیمز وب»، دانشمندان در ژوئیه ۲۰۲۲ وجود آب و شواهدی از ابر و مه را در جو این سیاره کشف کردند.
تحلیل و بررسی های بعدی، وجود کربن دی اکسید و سایر فراوانی های شیمیایی را در این سیاره تأیید کرد. این بسیار غیرمنتظره بود، چونکه اعتقاد بر این بود که این سیاره برای تشکیل ابرها در جو خود بیش از اندازه گرم است.
«جیمز وب» همینطور چیزهای جالبی در مورد سیاره فراخورشیدی «K۲-۱۸ b»، یک سیاره سنگی که چندین برابر اندازه و جرم زمین است، فاش کرد. این سیاره به دور یک ستاره کوتوله سرخ در فاصله ۱۲۰ سال نوری از زمین می چرخد و در ابتدا در سال ۲۰۱۵ مشاهده شد.
مشاهدات قبلی با تلسکوپ هابل نشان داد که «K۲-۱۸ b» می تواند یک «دنیای هایشن(Hycean)»، به مفهوم سیاره ای با جوی غنی از هیدروژن و پوشیده از اقیانوس ها باشد. با اینحال «جیمز وب» در سپتامبر ۲۰۲۳، متان و کربن دی اکسید را در جو این سیاره شناسایی کرد. در صورتیکه اینها شواهدی از خود حیات نیستند، اما نشانه های زیستی واضحی هستند که می توانند حضور حیات را نشان دهند.
ابرسیاه چاله ها
یکی دیگر از دستاوردهای مهم «جیمز وب» مشاهده سیاه چاله های کلان جرم یا ابرسیاه چاله ها در کیهان اولیه بود. ستاره شناسان با مشاهده بذرهای اولیه این سیاه چاله ها در کهکشان هایی که کمتر از یک میلیارد سال بعد از مه بانگ وجود داشته اند، می توانند نحوه تکامل این اجرام عظیم را بهتر درک کنند.
ستاره شناسان چندین دهه بود که می دانستند ابرسیاه چاله ها در مرکز عظیم ترین کهکشان های جهان قرار دارند. وجود این غول ها سبب می شود که گاز، غبار و ستارگان اطراف در اطراف آنها فرو بپاشند و دیسک های برافزایشی درخشان را تشکیل دهند.
این امر منجر به چیزی می شود که به عنوان هسته های فعال کهکشانی(AGN) یا اختروش ها شناخته می شود؛ جایی که مرکز کهکشان بشکل دوره ای، درخشان تر از تمام ستاره های ترکیبی در دیسک برافزایشی می درخشد.
«جیمز وب» در سال ۲۰۲۳ کهکشان ها را در زمانیکه کیهان کمتر از یک میلیارد سال سن داشت، مشاهده کرد. زمانیکه اخترشناسان کهکشان «EGSY۸p۷» را که فقط ۵۷۰ میلیون سال بعد از مه بانگ بوجود آمده، مورد مطالعه قرار دادند، یک یافته جالب رخ داد.
با این وجود، آنها تا حدودی از دیدن یک ابرسیاه چاله در مرکز این کهکشان جوان با جرم تقریبا ۹ میلیون برابر خورشید شگفت زده شدند.
البته این یافته دقیقا یک افشاگری پیشگامانه نبود. اتان سیگل به عنوان اخترفیزیکدان نظری و نویسنده حوزه علم می گوید: ما برای سالهای متمادی، ابرسیاه چاله های عظیم با جرم صد میلیون خورشید را در کهکشان هایی مشاهده کرده ایم که تقریبا به همان اندازه جوان بودند و ۷۰۰ تا ۱۰۰۰ میلیون سال بعد از مه بانگ بوجود آمده اند. ما با ظهور «جیمز وب» توانستیم فواصل دورتر را نگاه نماییم و حتی کهکشان های قدیمی تر را پیدا نماییم. آنها هنوز ابرسیاه چاله داشتند.
وی ادامه داد: ابرسیاه چاله «CEERS ۱۰۱۹» رکوردی را برای نخستین ابرسیاه چاله ثبت کرد، اما چندان بزرگ نبود و فقط کمی زودتر از ابرسیاه چاله های قبلی بوجود آمده بود. همینطور در یک کهکشان بزرگ و پرجرم قرار داشت که بسیار بسیار سنگین تر (از نظر محتوای ستاره ای آن) از جرم ابرسیاه چاله درون آن بود.
شگفتی واقعی زمانی رخ داد که ستاره شناسان با بهره گیری از «جیمز وب» و رصدخانه پرتو ایکس چاندرا رصدهای دوگانه را برای مطالعه کهکشان UHZ۱ انجام دادند. این کهکشان زمانی وجود داشته که کیهان حدود ۴۷۰ میلیون سال سن داشته است. در مرکز آن ابرسیاهچاله «CEERS ۱۰۱۹» را مشاهده نمودند که جرم آن ۴۰ میلیون برابر خورشید ماست. این کشف دانشمندان را شگفت زده کرد و به صورت قابل توجهی بر درک ما از تکامل کیهانی تاثیر گذاشت.
سیگل می گوید: تفکر اصلی پیش از «جیمز وب» این بود که سیاهچاله ها از ستارگان تشکیل شده اند و سیاهچاله های ستاره ای به نحوی به ابرسیاه چاله هایی تبدیل گشته اند که در زمان های بعدی ظاهر می شوند. این را تا زمانی میتوان توضیح داد که جرم این کهکشان های اولیه در ستاره ها از جرم ابرسیاه چاله مرکزی بیشتر باشد. برای ابرسیاه چاله «CEERS ۱۰۱۹» این هنوز هم صادق است. تا آن زمان که کهکشان UHZ۱ را پیدا کردیم و با چاندرا آنرا دوگانه مشاهده کردیم، در واقع آن ابرسیاهچاله را پیدا کردیم و فهمیدیم که این داستان فرق می کند.
این کشف سبب شد ستاره شناسان پیشنهاد کنند که بذرهای نخستین ابرسیاه چاله ها احیانا سیاهچاله هایی با فروپاشی مستقیم بوده اند که از فروپاشی ستارگان پرجرم در اوایل کیهان بوجود آمده اند.
اخترشناسان از این ستارگان به عنوان ستارگان «جمعیت ۳» یاد می کنند که بنظر می رسد بسیار داغ، عظیم و کوتاه عمر بوده اند. همانطور که در بخش قبلی ذکر شد، اعتقاد بر اینست که این ستارگان به عصر یونیزه شدن منجر شده اند که حدود ۱۳ میلیارد سال پیش منجر به شفاف شدن جهان شده است، به این معنا که برای ستاره شناسان امروزی قابل مشاهده شده است.
منظومه شمسی
«جیمز وب» در فاصله نزدیکتر به خانه ما یعنی زمین، تصاویر خیره کننده ای از سیارات و اجرام در منظومه شمسی خودمان گرفته است. این تصاویر و طیف های به دست آمده منجر به چندین یافته و افشاگری غیرمنتظره شده است.
بعنوان مثال، ابزار فروسرخ «جیمز وب»، تصاویر جدید و نفس گیری از غول های گازی و یخی منظومه شمسی مانند مشتری، زحل، اورانوس و نپتون عرضه کرده است. وضوح و پیچیدگی بالای این ابزارها، جزئیات جالبی را نشان میدهد که شامل تصاویر خیره کننده از قمرهای مشتری، جو سیاره ها و قمرها، حلقه های زحل و برخی دیگر از یافته های غیرمنتظره بود.
به عنوان نمونه، یک کمپین رصدی که در ژوئیه ۲۰۲۲ با بهره گیری از ابزار «جیمز وب» معروف به NIRSpec انجام شد، ساختارهای پیچیده و غیرمنتظره ای را در جو مشتری، همچون کمان های تاریک و نقاط روشن نشان داد.
این ساختارها بر فراز نقطه قرمز بزرگ معروف سیاره مشتری مشاهده شدند که منطقه پرفشار پایداری است که منجر به بزرگترین طوفان در منظومه شمسی می شود.
به قول تیم تحقیقاتی که آنها را مشاهده نمودند، این ساختارها نشان می دهند که امواج گرانشی به صورت قابل توجهی جو فوقانی مشتری را شکل می دهند. این مشاهدات همینطور نشان داد که دمای بالای لکه قرمز بزرگ مشتری کمتر از حد انتظار است.
ضمن این که «جیمز وب» شواهدی از یک جریان فواره ای که قبلاً دیده نشده بود، در جو مشتری با عرض بیشتر از ۴۸۰۰ کیلومتر و حرکت با سرعت حدود ۵۱۵ کیلومتر در ساعت یافت.
همینطور دانشمندان در فوریه ۲۰۲۳ یک سیارک کوچک ناشناخته را در کمربند اصلی سیارکی مشاهده نمودند. این سیارک ۱۰۰ تا ۲۰۰ متر قطر دارد که آنرا به کوچکترین جرم کشف شده توسط «جیمز وب» مبدل می کند. از آنجا که تشخیص اجرام با این اندازه با بهره گیری از تلسکوپ های معمولی بسیار دشوار است، این کشف، سودمندی «جیمز وب» را در تشخیص اجرام در محله نجومی خودمان به نمایش گذاشت.
این اکتشافات تنها برخی از چیزهایی است که «جیمز وب» تابحال در مورد جهان ما فاش کرده است. آنها همینطور بینش وسوسه انگیزی از آن چه در آینده فرا می رسد، عرضه می دهند.
آن چه در رابطه با نخستین کهکشان های کیهان، انبساط کیهانی، سیارات فراخورشیدی و اجرام در منظومه شمسی فاش خواهد شد، تحقیقات نجومی را برای چند دهه آینده تقویت خواهدنمود. خیلی از آن چه که «جیمز وب» تابحال فاش کرده است، با رصدهای بعدی توسط تلسکوپ های نسل بعدی تکمیل خواهد شد.
نسل بعدی تلسکوپ ها شامل تلسکوپ فضایی رومی نانسی گریس ناسا(RST)، تلسکوپ «طیف فتومتر برای تاریخچه کیهان»، تلسکوپ «عصر بازیونیزه شدن و کاوشگر یخ ها»(SPHEREx) و تلسکوپ «گذرهای سیاره ای و نوسانات ستاره ها»(PLATO) و تلسکوپ آریل(ARIEL) خواهد بود.
آنها الهام بخش بررسی های آینده توسط رصدخانه پیشنهادی جهان های قابل سکونت(HWO) ناسا خواهند بود.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب