Πώς μπορεί το νέο τηλεσκόπιο της NASA να βλέπει «πίσω στο χρόνο», στις απαρχές του σύμπαντος; Και γιατί είναι όλοι ενθουσιασμένοι;
Αυτά αλλά και άλλα ερωτήματα όπως «Τι ακριβώς είναι αυτό που βλέπουμε;», επιχειρεί να απαντήσει η Daily Mail, συνομιλώντας με αστροφυσικούς.
Νωρίτερα αυτή την εβδομάδα, η NASA έδωσε στη δημοσιότητα θεαματικά και πρωτοποριακά στιγμιότυπα του πρώιμου σύμπαντος, χάρη στο νέο της υπερδιαστημικό τηλεσκόπιο. Το James Webb κατέγραψε μια άνευ προηγουμένου εικόνα ενός «αστρικού φυτωρίου», ένα ετοιμοθάνατο άστρο καλυμμένο από σκόνη και έναν «κοσμικό χορό» μεταξύ μιας ομάδας γαλαξιών, μαζί με ενδείξεις υδρατμών στην ατμόσφαιρα ενός απομακρυσμένου εξωπλανήτη.
Αυτό που είναι ακόμη πιο συναρπαστικό όμως, είναι ότι οι αστρονόμοι λένε ότι αυτά που είδαμε είναι μόνο η «κορυφή του παγόβουνου». Ελπίζουν πως το τηλεσκόπιο αξίας 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων θα παρατηρήσει επίσης τα πρώτα αστέρια που έλαμψαν, θα ανιχνεύσει κατοικήσιμους πλανήτες σε μακρινούς γαλαξίες και θα κοιτάξει πίσω στο χρόνο σε διάστημα 100-200 εκατομμυρίων ετών πριν από το Bing Bang.
Εκτός όμως από το ότι πρόκειται για εκθαμβωτικές, όμορφες εικόνες γαλαξιών, νεφελωμάτων αλλά και του ατμοσφαιρικού φάσματος του μακρινού κόσμου WASP-96b, ποια είναι η σημασία των εικόνων αυτών για τους επιστήμονες, αλλά και το κοινό; Η Daily Mail μίλησε με διάφορους αστρονόμους για να πάρει απαντήσεις σε όλα τα ερωτήματα που ίσως σας απασχολούν.
Τι είναι αυτό που βλέπουμε;
Το James Webb είναι ουσιαστικά ένα τεράστιο τηλεσκόπιο στο διάστημα. Σε αντίθεση με τα μεγάλα αστεροσκοπεία, το Webb έχει εκτοξευτεί στο σύμπαν, ώστε να μπορεί να παρατηρεί μακριά αντικείμενα χωρίς να διαταράσσεται η θέασή του από τη γήινη ατμόσφαιρα, η οποία εμποδίζει τα μήκη κύματος του φωτός στο φάσμα από το ερυθρό έως το μέσο υπέρυθρο. Αυτό είναι που κάνει το Webb ξεχωριστό, επειδή ανιχνεύει το υπέρυθρο φως σε μεγαλύτερα μήκη κύματος από αυτά που μπορούν να αντιληφθούν τα μάτια μας. Ουσιαστικά, καθώς το φως από τους πιο μακρινούς γαλαξίες του σύμπαντος ταξιδεύει στο διάστημα, τεντώνεται από τη διαστολή του χώρου. Αυτό σημαίνει ότι μέχρι τη στιγμή που το φως φτάνει στη Γη, αυτή η διαδικασία τάνυσης έχει μετατρέψει τα μικρά μήκη κύματος του ορατού και του υπεριώδους φωτός σε μεγαλύτερα μήκη κύματος του υπέρυθρου φωτός.
Μόνο τα τηλεσκόπια που μπορούν να ανιχνεύσουν το υπέρυθρο φως μπορούν να δουν το πιο αμυδρό φως από μακρινούς γαλαξίες και άλλα αντικείμενα, και επομένως να τα απεικονίσουν, κάτι που μπορεί να κάνει το Webb.
Επίσης, δεν βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τη Γη, όπως ο προκάτοχός του Hubble, αλλά περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο σε απόσταση 1,5 εκατομμυρίων χιλιομέτρων από τον πλανήτη μας σε αυτό που ονομάζεται δεύτερο σημείο Lagrange ή L2.
SMACS 0723
Η πρώτη έγχρωμη φωτογραφία που κυκλοφόρησε ήταν μια σύνθετη εικόνα ενός τμήματος του διαστήματος που τραβήχτηκε από την κάμερα του Webb. Δείχνει ένα σμήνος γαλαξιών όπως εμφανίστηκε πριν από 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια. Υπάρχουν πολλοί άλλοι γαλαξίες μπροστά και πίσω από το σμήνος, συμπεριλαμβανομένου του φωτός από έναν που ταξίδεψε για 13,1 δισεκατομμύρια χρόνια πριν το συλλάβουν τα κάτοπτρα του Webb.
Τα σμήνη γαλαξιών είναι τα μεγαλύτερα αντικείμενα στο σύμπαν που συγκρατούνται από τη δική τους βαρύτητα. Περιέχουν εκατοντάδες ή χιλιάδες γαλαξίες, πολύ καυτό πλάσμα και μεγάλη ποσότητα σκοτεινής ύλης - αόρατη μάζα που αλληλεπιδρά με την κανονική ύλη μόνο μέσω της βαρύτητας και δεν εκπέμπει, απορροφά ή αντανακλά το φως.
Γνωστό ως το πρώτο βαθύ πεδίο του Webb, η σύνθεση του SMACS 0723 δημιουργήθηκε από εικόνες σε διαφορετικά μήκη κύματος που λήφθηκαν σε διάστημα μόλις 12,5 ωρών. Συγκριτικά, το Hubble χρειάζεται εβδομάδες για να επιτύχει την ίδια εικόνα βάθους πεδίου.
Η εικόνα είναι η βαθύτερη και ευκρινέστερη υπέρυθρη εικόνα του μακρινού σύμπαντος μέχρι σήμερα και αποτυπώνει ένα κομμάτι του αχανούς σύμπαντος που ισοδυναμεί με το μέγεθος ενός κόκκου άμμου που κρατάει σε απόσταση αναπνοής ένας άνθρωπος στη Γη.
Κάθε κόκκινη δομή που μοιάζει με τόξο είναι ένας γαλαξίας πολύ μακριά στο διάστημα και πολύ πιο πίσω στο χρόνο, μερικοί μέχρι και 13 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.
WASP-96 b
Στη συνέχεια, η NASA αποκάλυψε το πιο λεπτομερές φάσμα της ατμόσφαιρας ενός εξωπλανήτη μέχρι σήμερα.
Αυτό
επέτρεψε στους επιστήμονες να ανιχνεύσουν
υδρατμούς στην ατμόσφαιρα του WASP-96 b -
ενός καυτού, φουσκωμένου γίγαντα αερίου
που μοιάζει λίγο με τον Δία και απέχει
πάνω από 1.000 έτη φωτός από τη Γη.
Η
εικόνα μπορεί να μην είναι όμορφη, αλλά
είναι ζωτικής σημασίας για ορισμένες
από τις εργασίες που έχει αναλάβει να
φέρει εις πέρας το Webb.
Αν και ο WASP-96 b δεν είναι ο κατάλληλος πλανήτης για να φιλοξενήσει ζωή, επειδή είναι πολύ κοντά στο μητρικό του άστρο και επομένως πολύ θερμός, το Webb θα αναζητήσει κόσμους που είναι κατάλληλοι.
Θα προσπαθήσει να εντοπίσει πλανήτες με ατμόσφαιρες παρόμοιες με της Γης που θα μπορούσαν να είναι κατοικήσιμοι και επομένως πιθανόν να φιλοξενούν εξωγήινη ζωή.
Νεφέλωμα Νότιου Δακτυλίου
Επιστρέφοντας στις εκθαμβωτικές εικόνες, βλέπουμε ένα πλανητικό νεφέλωμα σε απόσταση περίπου 2.500 ετών φωτός από τη Γη που είναι γνωστό ως Νεφέλωμα Νότιου Δακτυλίου. Παρά το γεγονός ότι ονομάζεται «πλανητικό νεφέλωμα», στην πραγματικότητα δεν έχει καμία σχέση με πλανήτες. Αντιθέτως, πρόκειται για μια γιγάντια διαστελλόμενη σφαίρα αερίου και σκόνης που φωτίζεται από ένα ετοιμοθάνατο άστρο στην καρδιά του. Σκεπασμένο με σκόνη, το άστρο εκτοξεύει δακτυλίους υλικού εδώ και χιλιάδες χρόνια προς όλες τις κατευθύνσεις. Αυτό συμβαίνει επειδή, καθώς τα αστέρια γερνούν αλλάζουν τον τρόπο με τον οποίο παράγουν ενέργεια και αποβάλλουν τα εξωτερικά τους στρώματα, πριν ενεργοποιήσουν το ίδιο υλικό όταν θερμανθούν ξανά.
Εν ολίγοις, εκτός από το πώς γεννήθηκαν τα πρώτα αστέρια, το τηλεσκόπιο Webb θα καταγράψει και το πώς πεθαίνουν.
Κουιντέτο του Stephan
Η τέταρτη εικόνα που κυκλοφόρησε ήταν του κουιντέτου του Stephan, που είναι αξιοσημείωτο ότι είναι η πρώτη συμπαγής ομάδα γαλαξιών που ανακαλύφθηκε ποτέ το 1877. Απέχει περίπου 290 εκατομμύρια έτη φωτός και βρίσκεται στον αστερισμό του Πήγασου. Τέσσερις από τους πέντε γαλαξίες του κουιντέτου είναι εγκλωβισμένοι σε έναν κοσμικό χορό επαναλαμβανόμενων στενών συναντήσεων.
Νεφέλωμα Carina
Το τηλεσκόπιο Webb αποκάλυψε επίσης μια λαμπερή εικόνα από αστέρια – μωρά στο νεφέλωμα Carina, το οποίο είναι ένα από τα φωτεινότερα και μεγαλύτερα νεφελώματα στο διάστημα και βρίσκεται σε απόσταση περίπου 7.600 ετών φωτός στο νότιο αστερισμό Carina. Τα νεφελώματα είναι αστρικά φυτώρια όπου γεννιούνται αστέρια και το συγκεκριμένο φιλοξενεί πολλά γιγαντιαία αστέρια, μεταξύ των οποίων και μερικά μεγαλύτερα από τον ήλιο. Η εκπληκτική λήψη δείχνει την άκρη μιας κοντινής, νεαρής περιοχής σχηματισμού άστρων που ονομάζεται NGC 3324 στο νεφέλωμα Carina.
Στο κάτω μέρος της εικόνας βρίσκεται το δυτικό τμήμα του NGC 3324 και αυτό που η NASA αποκαλεί «Κοσμικοί Γκρεμοί» - ένα πορτοκαλί-καφέ τοπίο από «απόκρημνα βουνά» και «κοιλάδες» διάστικτο με λαμπερά αστέρια-μωρά.
Γιατί βλέπουμε αυτές τις σκηνές τώρα, ενώ κάποιες είναι από δισεκατομμύρια χρόνια πριν;
Το φως έχει περιορισμένη ταχύτητα, οπότε πραγματικά χρειάστηκαν έως και 13 δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσει το φως που παράγεται από ορισμένους από αυτούς τους γαλαξίες και τα αστέρια σε εμάς τώρα.
Συγκριτικά, το φως χρειάζεται περίπου 1 δευτερόλεπτο για να ταξιδέψει από το φεγγάρι και 8 λεπτά από τον ήλιο. Επομένως, βλέπουμε τον ήλιο όπως ήταν πριν από 8 λεπτά. Αν εξαφανιζόταν, θα το διαπιστώναμε 8 λεπτά αργότερα. «Μόνο με αυτό το μεγάλο διαστημικό τηλεσκόπιο μπορούμε τελικά να ανιχνεύσουμε αυτό το φως, καθώς κατά τη διάρκεια των ετών του ταξιδιού του στο διάστημα και στο χρόνο μέχρι εμάς, τεντώνεται από την υψηλή ενέργεια μέσω του ορατού φωτός, στο υπέρυθρο που μπορούμε τώρα να ανιχνεύσουμε με το James Webb» εξήγησε η Δρ. Χάνα Γουέικφορντ, ειδική σε εξωπλανήτες στο Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ.
Και η Γη πού είναι;
Η Γη δεν είναι ορατή σε καμία από τις εικόνες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το κάτω μέρος του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb, το οποίο είναι σαν μια ασπίδα μεγέθους γηπέδου του τένις, είναι πάντα στραμμένο προς τον ήλιο για να τον μπλοκάρει. Αυτό σημαίνει ότι και η Γη βρίσκεται πάντα ανάμεσα στο James Webb και τον ήλιο, οπότε δε θα μπορούσε ποτέ να αποτυπωθεί σε εικόνα από το τηλεσκόπιο.
Τι μπορεί να έχει συμβεί στους γαλαξίες που βλέπουμε στις εικόνες, σήμερα;
Σύμφωνα με τον Δρ. Στέφεν Γουίλκινς, επικεφαλής αστρονομίας στο πανεπιστήμιο του Σάσεξ, είναι δύσκολο να γνωρίζουμε με βεβαιότητα. «Κάποιοι θα έχουν συγχωνευτεί με άλλους γαλαξίες, κάποιοι θα έχουν σχηματίσει νέα αστέρια και κάποιοι μπορεί να είναι ‘νεκροί’ και να μην σχηματίζουν πλέον καθόλου αστέρια» είπε.
Τι σημαίνει να κοιτάμε το μακρινό σύμπαν;
Όταν ένα τηλεσκόπιο κοιτάζει πιο μακριά, κοιτάζει επίσης πίσω στο χρόνο. Το φως που λαμβάνει το τηλεσκόπιο χρειάζεται χρόνο για να ταξιδέψει στο διάστημα. Ως εκ τούτου, βλέπουμε τα αντικείμενα όχι όπως είναι τώρα αλλά όπως ήταν τη στιγμή που απελευθέρωσαν το φως που ταξίδεψε για δισεκατομμύρια χρόνια στο σύμπαν για να φτάσει σε εμάς.
Για να δει αντικείμενα τόσο αμυδρά και τόσο μακρινά, το τηλεσκόπιο χρειάζεται ένα τεράστιο κάτοπτρο για να συλλέξει το φως. Με το μεγαλύτερο κάτοπτρο του James Webb, θα είναι σε θέση να δει σχεδόν όλη τη διαδρομή μέχρι την αρχή του σύμπαντος, πριν από περισσότερα από 13,5 δισεκατομμύρια χρόνια.
Το μέγεθος της επιφάνειας του κατόπτρου ενός τηλεσκοπίου καθορίζει την ευαισθησία του, ή το πόση λεπτομέρεια μπορεί να δει. Δεδομένου ότι το τηλεσκόπιο Webb έχει πολύ μεγαλύτερο κάτοπτρο από το Hubble, μπορεί να κοιτάξει πιο πίσω στο χρόνο. Η ικανότητά του να βλέπει το σύμπαν στο υπέρυθρο φως μεγαλύτερου μήκους κύματος είναι επίσης σημαντική, επειδή τα πρόσφατα σχηματισμένα αστέρια και οι πλανήτες συχνά κρύβονται πίσω από μάζες σκόνης που απορροφούν το ορατό φως. Το υπέρυθρο φως μπορεί να διαπεράσει αυτά τα εμπόδια.
Το τροχιακό παρατηρητήριο, το οποίο έχει σχεδιαστεί για να είναι περίπου 100 φορές πιο ισχυρό από το Hubble, διαθέτει ένα γιγαντιαίο χρυσό κάτοπτρο με διάμετρο λίγο μεγαλύτερη από 21 πόδια, το οποίο αποτελείται από 18 επιμέρους εξαγωνικά τμήματα που μπορούν να αναδιπλωθούν και να ξεδιπλωθούν. Αυτή η ανακλαστική επιφάνεια δίνει στο Webb την απαραίτητη ανάλυση και ευαισθησία για την εκπλήρωση της αποστολής του.
Το Webb έχει ρυθμιστεί για να κοιτάζει ειδικά στο υπέρυθρο, το οποίο είναι αόρατο στα μάτια μας, αλλά του επιτρέπει να εντοπίζει τη λάμψη από τα πιο μακρινά αντικείμενα του σύμπαντος. Λειτουργεί περίπου με τον ίδιο τρόπο που τα γυαλιά νυχτερινής όρασης χρησιμοποιούν τεχνολογία θερμικής απεικόνισης για τη σύλληψη υπέρυθρου φωτός.
Εάν πήγαινες στο διάστημα με ένα τηλεσκόπιο, θα έβλεπες το ίδιο πράγμα;
Δυστυχώς όχι, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb είναι το πιο πολύπλοκο διαστημικό παρατηρητήριο που έχει κατασκευαστεί ποτέ. Είναι επίσης 100 φορές πιο ισχυρό από το Hubble - τον νονό των διαστημικών τηλεσκοπίων της αστρονομίας - και μπορεί να κοιτάξει πολύ βαθύτερα στο διάστημα. Το παρατηρητήριο κατασκευάστηκε επί δεκαετίες και η κατασκευή του κόστισε 10 δισεκατομμύρια δολάρια
Μετά την εκτόξευσή του, οι μηχανικοί έπρεπε στη συνέχεια να περιμένουν με κομμένη την ανάσα για να βεβαιωθούν ότι όλα τα κάτοπτρα του Webb ευθυγραμμίζονται σε μικροσκοπικά κλάσματα του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας. Τώρα, η ευκρινής απόδοσή του είναι ακόμη καλύτερη από ό,τι ήλπιζαν, λένε. Έχει επίσης ρυθμιστεί ειδικά για να βλέπει τον ουρανό στο υπέρυθρο - φως σε μεγαλύτερα μήκη κύματος από αυτά που μπορούν να αντιληφθούν τα μάτια μας.
Επομένως, το μικροσκοπικό σας τηλεσκόπιο δε θα μπορούσε να δει αυτό που βλέπει το Webb, ακόμα κι αν ήσασταν αρκετά τυχεροί να εκτοξευτείτε στο διάστημα.
Θα μπορούσαν ποτέ άνθρωποι ή τεχνητά αντικείμενα να φτάσουν σε οποιονδήποτε από τους γαλαξίες που απεικονίζονται;
Δυστυχώς, με την τρέχουσα ή ακόμη και με τη γνωστή τεχνολογία δεν υπάρχει περίπτωση να μπορέσουμε ποτέ να πάμε ή να στείλουμε οτιδήποτε ανθρώπινο σε αυτούς τους μακρινούς γαλαξίες.
«Οι αποστάσεις είναι τόσο ακραίες που με την τρέχουσα κατανόηση της φυσικής και της τεχνολογίας δεν θα ήταν δυνατόν να ταξιδέψουμε σε κανέναν από τους μακρινούς γαλαξίες» εξηγεί ο Δρ. Γουίλκινς. «Τα αντικείμενα στο δικό μας γαλαξία μπορεί μια μέρα να είναι προσβάσιμα, αλλά ακόμη κι αυτά βρίσκονται σε τεράστιες αποστάσεις».
Γιατί είναι τόσο σημαντικές αυτές οι εικόνες;
Όπως το έθεσε ένας αστρονόμος, είναι «μόνο η κορυφή του παγόβουνου». Υπάρχει τεράστιος ενθουσιασμός στην επιστημονική κοινότητα για τις ανακαλύψεις που μπορεί να κάνει το Webb, όπως εξηγεί ο Δε. Γουέικφορντ. «Αυτές είναι οι πρώτες εικόνες από ένα ολοκαίνουριο τηλεσκόπιο που αναμενόταν για πάνω από μία δεκαετία» είπε.
«Αυτό που βλέπουμε είναι απλώς μια μικρή αναλαμπή των εικόνων, της επιστήμης, της γνώσης που θα έρθει. Το πιο σημαντικό είναι ότι είναι μια όμορφη βιτρίνα όλων των διαφορετικών τύπων επιστήμης που θα κάνει αυτό το τηλεσκόπιο».
Ο απώτερος στόχος του Webb είναι να κοιτάξει βαθύτερα πίσω στο χρόνο 13,5 δισεκατομμύρια χρόνια, σε ένα σημείο που απέχει μόλις 100-200 εκατομμύρια χρόνια από το Big Bang.
Θα τραβήξει φωτογραφίες από τα πρώτα αστέρια που έλαμψαν στο σύμπαν και θα εξερευνήσει μακρινούς πλανήτες για να δει αν μπορεί να είναι κατοικήσιμοι.Οι πρώτες αυτές εικόνες δείχνουν πως το Webb λειτουργεί καλά και προσφέρουν μια δελεαστική ματιά για το τι άλλο θα μπορούσε να ακολουθήσει.
Ο Δρ. Στέφεν Γουίλκινς, δήλωσε στην Daily Mail: «Ενώ αυτές οι εικόνες είναι ξεχωριστά επιστημονικά πολύτιμες, είναι πιο χρήσιμες ως επικύρωση ότι το παρατηρητήριο μπορεί να κάνει την δουλειά που χρειαζόμαστε να κάνει».
Πώς θα αποφασίσουν οι αστρονόμοι τι θα φωτογραφίσουν στη συνέχεια;
Οι ειδικοί έχουν ήδη σχεδιάσει τι θα απεικονίσει το Webb κατά τη διάρκεια του πρώτου έτους λειτουργίας του. Αυτό έγινε μετά από περισσότερες από 1.000 προτάσεις από ερευνητές για το τι θα παρατηρήσει, οι οποίες στη συνέχεια περιορίστηκαν από επιτροπές επιστημόνων.
Καθώς οι πρώτες πέντε εικόνες δημοσιεύονταν στον κόσμο την Τρίτη, το Webb παρατηρούσε ήδη έναν πρωτοαστέρα που ονομάζεται CED110IRS4-LRS. Τώρα στρέφει τα όργανά του πολύ πιο κοντά στην πατρίδα του, ελέγχοντας πρώτα τον αστεροειδή 1998-BC1 και στη συνέχεια προχωρώντας σε μια σειρά παρατηρήσεων του Δία, ξεκινώντας με τους αμυδρούς δακτυλίους του αέριου γίγαντα, με τις φωτογραφίες να μαγεύουν.
Όσο το Webb θα συλλέγει δεδομένα, θα μπορούσαν οι επιστήμονες να αναθεωρήσουν την αποδεκτή σήμερα ηλικία του σύμπαντος;
Υπάρχει η πιθανότητα, η ανάλυση του Webb να οδηγήσει τους επιστήμονες να αναθεωρήσουν τις εκτιμήσεις τους για την ηλικία του σύμπαντος. Αυτό θα βασιστεί σε νέες μετρήσεις της διαστολής του. Αλλά αν το κάνουν αυτό, το πιθανότερο είναι ότι θα μειωθεί παρά θα αυξηθεί. Για παράδειγμα, αν το σύμπαν διαστέλλεται ταχύτερα από ό,τι νομίζαμε, μπορεί να είναι πολύ νεότερο από τα 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια που είναι σήμερα αποδεκτά