Gledajući daleko, možemo se osvrnuti u vrijeme. Ova jednostavna, ali nevjerojatna činjenica, omogućava astronomima da promatraju snimke svemira u različito vrijeme, koristeći ih da sastave složenu povijest kozmičke evolucije. Sa svakim novim teleskopom koji gradimo možemo vidjeti dalje i ranije u povijest svemira. James Webb svemirski teleskop (JWST) nada se da će zaviriti sve do pojave prvih galaksija.
Povezani sadržaj
- Upoznajte nasljednika Hubblea koji će zaviriti kroz vrijeme
Pojam da gledanje unatrag odgovara gledanju unatrag relativno je mlad. Potječe iz Einsteinove teorije posebne relativnosti koja tvrdi - između ostalog - da svjetlost putuje brzinom svjetlosti i da ništa ne putuje brže od toga. Svakodnevno, gotovo nikada ne doživljavamo posljedice ovog koncepta, jer je brzina svjetlosti toliko velika (300 000 km / s ili oko milion puta brža od mlaznog aviona) da ovo „vrijeme putovanja“ jedva da je važno. Ako uključimo svjetlo ili nam netko pošalje e-poštu iz Europe, mi doživljavamo te događaje (vidimo kako se žarulja upali ili primamo e-poštu) kao trenutne, jer svjetlu treba samo mali dio sekunde da putuje kroz sobu ili čak oko cijele Zemlje. Ali na astronomskoj ljestvici, konačnost brzine svjetlosti ima duboke implikacije.
Sunce je udaljeno oko 150 milijuna km, što znači da nam svjetlost treba oko 8 minuta i 20 sekundi da bi stigla do nas. Kad pogledamo sunce, vidimo sliku koja je stara 8 minuta. Naša najbliža susjedna galaksija, Andromeda, udaljena je oko 2, 5 milijuna svjetlosnih godina; kad gledamo Andromedu, gledamo je kao prije 2, 5 milijuna godina. Ovo može zvučati kao puno na ljudskim mjerilima vremena, ali što se tiče galaksija, to je stvarno kratko vrijeme; naša "stajaća" slika vjerojatno je još uvijek dobar prikaz kako Andromeda izgleda danas. Međutim, potpuno prostranstvo svemira osigurava da postoji mnogo slučajeva za koje je važno vrijeme putovanja svjetlosti. Ako pogledamo galaksiju udaljenu milijardu svjetlosnih godina, vidimo je kao prije milijardu godina, dovoljno vremena da se galaksija značajno promijeni.
Dakle, koliko daleko u vremenu možemo vidjeti? Odgovor na ovo pitanje određuju tri različita faktora. Jedna je činjenica da je svemir star samo 13, 8 milijardi godina, tako da ne možemo gledati unatrag u epohu koja je udaljenija od početka svemira, poznate kao Veliki prasak. Drugo pitanje - barem ako se bavimo astrofizičkim objektima poput galaksija - jest da trebamo nešto pogledati. Primordijalni svemir bio je juha od elementarnih čestica. Trebalo je neko vrijeme da se te čestice ohlade i ujedine u atome, zvijezde i galaksije. Napokon, čak i kad su ti predmeti bili na mjestu, za njihovo gledanje sa Zemlje mnogo milijardi godina nakon toga potrebni su izuzetno snažni teleskopi. Svjetlina fizičkih izvora brzo se smanjuje s daljinom, a pokušaj uočiti galaksiju na udaljenosti od milijardu svjetlosnih godina jednako je izazovno kao pokušaj uočavanja farova automobila udaljenih oko 60 000 milja. Pokušaj da se ista galaksija opazi na udaljenosti od 10 milijardi svjetlosnih godina je 100 puta teže.
Do sada je ovo bio pokretački faktor u ograničavanju udaljenosti do najudaljenijih galaksija koje možemo vidjeti. Sve do 1980-ih svi su se naši teleskopi temeljili na tlu, gdje Zemljina atmosfera i svjetlosno zagađenje ometaju njihov rad. Unatoč tome, već smo bili svjesni galaksija udaljenih 5 milijardi svjetlosnih godina. Pokretanje svemirskog teleskopa Hubble 1990. godine omogućilo nam je da mnogo puta srušimo taj rekord udaljenosti i, kako ovo pišem, najudaljenija poznata galaksija nalazi se u posljednjih 13, 4 milijardi godina.
JWST će pomoću infracrvenog svjetla proučavati svaku fazu u kozmičkoj povijesti, u rasponu od prvih svjetlosnih sjaja nakon Velikog praska do stvaranja zvjezdanih sustava koji mogu podržavati život na planetama poput Zemlje. (NASA) To nas dovodi do jednog od ključnih pitanja moderne astronomije: koja svojstva tih dalekih galaksija zapravo možemo izmjeriti? Dok promatranja obližnjih galaksija prikazuju njihove oblike i boje vrlo detaljno, često je jedini podatak koji možemo prikupiti o najudaljenijim galaksijama njihova ukupna svjetlina. Ali gledajući ih teleskopima koji su osjetljivi na frekvencije svjetlosti izvan vidljivog raspona, poput ultraljubičastog, radijskog i infracrvenog, možemo otkriti tragove o zvjezdanoj populaciji galaksije, kao i o njezinoj udaljenosti od nas.
Promatrajući galaksije na što većem broju različitih frekvencija, možemo stvoriti spektar, koji pokazuje koliko je galaksija u svakoj vrsti svjetlosti. Budući da se svemir širi, elektromagnetski valovi koje detektiraju naši teleskopi protežu se duž puta i događa se da je količina rastezanja u spektrima proporcionalna udaljenosti galaksije od nas. Ta veza, nazvana Hubbleov zakon, omogućava nam mjerenje koliko su udaljene ove galaksije. Spektri mogu otkriti i druga svojstva, kao što su ukupna količina mase u zvijezdama, brzina kojom galaksija formira zvijezde i starost zvjezdanih populacija.
Prije samo nekoliko mjeseci, tim astronoma iz SAD-a i Europe upotrijebio je promatranja iz svemirskog teleskopa Hubble i Spitzerovog infracrvenog svemirskog teleskopa kako bi otkrio najudaljeniju galaksiju poznatu do danas, GN-z11. Promatrano samo 400 milijuna godina nakon Velikog praska ("kada je svemir bio samo 3 posto njegove sadašnje dobi", prema glavnom istražitelju Pascalu Oeschu), on ima masu od milijardu sunca zajedno, oko 1/25 naše vlastite Mliječna staza.
GN-z11 formira zvijezde oko 20 puta brže, nevjerojatnom brzinom od 25 novih sunca godišnje. „Nevjerojatno je da je tako velika masa galaksije postojala samo 200 milijuna do 300 milijuna godina nakon što su se počele formirati prve zvijezde. Doista je potreban brzi rast, stvarajući zvijezde ogromnom brzinom, da bi se uskoro stvorio galaksija koja ima milijardu solarnih masa ", objašnjava Garth Illingworth, još jedan istražitelj tima otkrića.
Postojanje tako masivnog objekta u tako ranom vremenu sukobljava se s trenutnim scenarijima kozmičkog sastavljanja, što predstavlja nove izazove znanstvenicima koji rade na modeliranju formiranja i evolucije galaksija. "Ovo novo otkriće pokazuje da će Webb teleskop (JWST) zasigurno pronaći mnoge takve mlade galaksije koje sežu sve do formiranja prvih galaksija", kaže Illingworth.
Planirano je lansiranje JWST-a u 2018. godini i orbitirat će oko sustava sunca / zemlje s posebnog mjesta udaljenog od nas 900.000 milja. Poput Hubblea, JWST će nositi nekoliko instrumenata, uključujući moćne fotoaparate i spektrografe, ali će imati pojačanu osjetljivost: njegovo će primarno ogledalo biti gotovo sedam puta veće, a njegov frekvencijski raspon proširit će se mnogo dalje u infracrveno područje. Različiti raspon frekvencija omogućit će JWST-u da detektira spektre većeg rastezanja, koji pripadaju udaljenijim objektima. Također će imati jedinstvenu sposobnost istovremenog uzimanja spektra od 100 objekata. S JWST-om očekujemo da barijeru na daljinu gurnemo još dalje, do epohe samo 150 milijuna godina nakon Velikog praska, i otkrijemo prve galaksije ikada formirane. JWST će nam pomoći da razumijemo kako se oblici galaksija mijenjaju s vremenom i koji faktori upravljaju interakcijama i spajanjem galaksija.
Ali JWST neće gledati samo galaksije. Promatrajući svemir infracrvenom svjetlošću, moći ćemo vidjeti kroz guste zavjese prašine koje obruljuju novonastale zvijezde i planete, pružajući prozor na stvaranje drugih solarnih sustava. Nadalje, posebni instrumenti koji se nazivaju koronagrafima omogućit će snimanje planeta oko drugih zvijezda i nadamo se da će otkriti nekoliko planeta sličnih Zemlji koji mogu ugostiti život. Za sve koji su se ikada pogledali u nebo i pitali se što je vani, slijedeće desetljeće će biti vrlo uzbudljivo vrijeme.
