نگاهی به ۱۳.۵ میلیارد سال گذشته از دریچه تلسکوپ «جیمز وب»

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما؛ اولین مجموعه تصاویر علمی از تلسکوپ فضایی جیمز وب، ستارگان و کهکشان‌های شگفت‌انگیزی را به تصویر کشیده است. این مجموعه تصاویر شامل تصاویر شفافی از سحابی «کارینا»، سحابی «هشت رگبار» (Eight-Burst Nebula)، گروهی از کهکشان‌ها موسوم به «پنج‌گانه استفان» و یک خوشه کهکشانی است که نور اجرام پشت آن را بسط می‌دهد. همچنین تحلیلی از ترکیب مادی یک سیاره فراخورشیدی (exoplanet / خارج از منظومه شمسی) با نام WASP-۹۶ b از دیگر نتایج اکتشافی تصاویر جدید تلسکوپ جیمز وب است.

ساخت تلسکوپ ۹ میلیارد دلاری جیمز وب نزدیک به دو دهه طول کشید و شرکت «نورتروپ گرومان» (Northrop Grumman Corp) در قراردادی با سازمان هوانوردی و فضای آمریکا (ناسا) این تلسکوپ را ساخته است. تلسکوپ فضایی جیمز وب ۲۵ دسامبر ۲۰۲۱ پرتاب شد و یک ماه بعد در مدار خورشیدی خود در فاصله نزدیک به یک میلیون مایلی از زمین قرار گرفت.
اولین تصویری که روز دوشنبه (بامداد سه شنبه) منتشر شد یک عکس «میدان عمقی» (deep field) از یک خوشه کهکشانی دور به نام SMACS ۰۷۲۳ بود که با جزییات‌ترین تصویر از زمان‌های اولیه کیهان ر ا که تا امروز ثبت شده است، نشان داد.

دستکم یکی از کهکشان‌های کم‌رنگ در میان هزاران کهکشان ثبت شده در این تصویر نزدیک به ۹۵ درصد به قدمت «مهبانگ» (بینگ بنگ) است؛ انفجاری که مطابق این نظریه حدود ۱۳.۸ میلیارد سال قبل از آغاز توسعه و گسترش کیهان شناخته شده را شروع کرده است.
تلسکوپ جیمز وب طوری ساخته شده که سوژه‌های تصویربرداری خود را در طیف مادون قرمز مشاهده می‌کند و حدود ۱۰۰ بار حساس‌تر از تلسکوپ قدیمی‌تر هابل است که حدود ۳۰ سال پیش راه اندازی شد.
تصویر SMACS ۰۷۲۳ یک خوشه کهکشانی با قدمت ۴.۶ میلیارد سال را نشان می‌دهد که جرم جمعی آن مانند یک «لنز گرانشی» عمل می‌کند و فضا را منحرف می‌سازد و نور تابیده شده از کهکشان‌های دوردست پشت سر آن را بزرگ می‌کند. یکی از کهکشان‌های قدیمی‌تر که در «پس زمینه» (بک‌گراند) تصویر مشاهده می‌شود قدمت آن به حدود ۱۳.۱ میلیارد سال پیش باز می‌گردد.

 در اینجا نکاتی را درباره این تصاویر و آنچه تلسکوب جیمز وب ممکن است در گام بعدی آشکار سازد، بررسی می‌کنیم 

- چه نکته خاصی درباره این تصاویر وجود دارد؟ مگر پیش از این تصاویر تلسکوپ فضایی هابل را در اختیار نداشتیم؟
درست است؛ پیش از این تلسکوپ هابل وجود داشت و الان هم وجود دارد که تصاویر زیادی از فضا تهیه کرده است. اما تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) بسیار بزرگتر است و بنابراین تصاویر آن جزییات دقیق‌تری دارد. این تلسکوپ همچنین نسبت به هابل تصاویر را در طول موج‌های متفاوتی رصد می‌کند که به آن امکان می‌دهد چیز‌هایی را ببیند – به خصوص اجرامی را در فواصل بسیار دورتر ثبت کند – که تلسکوپ هابل قادر به ثبت آن نیست.

 «صخره‌های کیهانی» (Cosmic Cliffs) در سحابی «کارینا» 

- تلسکوپ هابل تا چه میزان نزدیک به لبه انتهایی کیهان قابل مشاهده را می‌تواند رصد کند؟ در خبر‌ها فاصله ۱۳.۵ میلیارد سال نوری ذکر شده است. این به نظر بسیار نزدیک به عمر ۱۳.۸ میلیارد سال نوری کیهان است.
تلسکوپ جیمز وب قادر است بین ۱۰۰ تا ۲۵۰ میلیون سال بعد از «انفجار بزرگ کیهانی» (مهبانگ یا big bang) را مشاهده کند، اما هر چند این فاصله از نظر زمانی حدود ۱۳.۷ میلیارد سال پیش است، اما از لحاظ مسافت ۱۳.۷ میلیارد سال نوری نیست، بلکه دورتر از آن است چرا که کیهان در حال توسعه و انبساط است.

 تصویر ترکیبی (کامپوزیت) از صخره‌های کیهانی در سحابی کارینا 

- آیا تلسکوپ جیمز وب «اَبَر سیاه‌چاله‌ها» را نیز مطالعه خواهد کرد؟ آیا می‌تواند تصویری مشابه تصویر تلسکوپ «افق رویداد» (Event Horizon Telescope) تهیه کند؟
تلسکوپ فضایی جیمز وب قادر به تهیه تصاویری از یک ابرسیاه‌چاله مانند تصاویر تلسکوپ «افق رویداد» نیست – آن نوع دیگری از تلسکوپ است، اما آن‌ها را مطالعه خواهد کرد. در حقیقت تصویر مربوط به «پنج‌گانه استفان» که اکنون منتشر شده است اطلاعات جالبی درباره یکی از ابرسیاه‌چاله‌ها در اختیار ستاره‌شناسان قرار می‌دهد.
- آیا امکان دارد همگرایی گرانشی (gravitational lensing) مانند آنچه در اولین تصویر میدان عمقی تلسکوپ جیمز وب دیده شد به اندازه‌ای نیرومند باشد که خودتان را ببینید؟ مانند اینکه نور دوربرگردان ۳۶۰ درجه‌ای می‌زند؟
سیاه‌چاله‌ها می‌توانند یک خصوصیت موسوم به «حوزه فوتونی» (photon sphere) داشته باشند؛ جایی که کشش گرانشی به اندازه‌ای نیرومند است که نور به دور سیاه‌چاله می‌چرخد؛ بنابراین بطور نظری، اگر بتوانید نور را درست به سمت بیرون حوزه فوتونی بتابانید، چرخش آن نور را از سمت دیگر سیاه‌چاله خواهید دید.

 یک گروه از کهکشان‌ها که با داده‌های مادون قرمز تلسکوپ جیمز وب ثبت شده‌اند 

- اگر تلسکوپ جیمز وب اکنون تا زمان ۱۳.۵ میلیارد سال گذشته را می‌بیند، آیا می‌توانیم روزی تلسکوپی بسازیم که فراتر از آغاز زمان را «ببیند»؟
یک محدودیت بنیادین در این خصوص وجود دارد که تا چه زمانی در گذشته را می‌توانیم ببنیم؛ زیرا تا زمانی در حدود ۳۸۰ هزار سال پس از انفجار کیهانی (مهبانگ)، جهان آفرینش (کیهان یا universe) بطور کامل مملو از پلاسمای داغ و بنابراین تار و مبهم بوده است.

- آیا در مدت زمانی فراتر از ۳۸۰ هزار سال پس از مهبانگ را می‌توانیم با استفاده از رصد امواج گرانشی مشاهده کنیم؟
متاسفانه پاسخ این سوال هم منفی است؛ زیرا امواج گرانشی ناشی از جابجایی و حرکت توده‌های جرم است و تا حدود ۱۰۰ میلیون سال پس از مهبانگ هیچ ساختاری به اندازه کافی بزرگی نبوده که بتواند امواج گرانشی قابل اندازه‌گیری تولید کند.

 دو تصویر کنار هم از سحابی «حلقه جنوبی» / تصویر چپ با نور نزدیک به مادون قرمز و نور متوسط مادون قرمز در سمت راست 

- با این داده‌ها و تصاویر فراهم شده آیا امکان دارد دانشمندان برآورد مورد قبول کنونی درباره عمر کیهان را تا حد بسیار طولانی‌تری نسبت به ۱۳.۵ میلیارد سال مورد بازبینی قرار دهند؟
محتمل است که داده‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب موجب شود که دانشمندان برآورد طول عمر کیهان را بر اساس اندازه‌گیری‌های جدید از توسعه کیهانی مورد ارزیابی مجدد قرار دهند، اما در این صورت احتمالا عمر تخمینی کیهان کمتر خواهد شد و نه بیشتر!

- آیا در تصاویر تهیه شده از کهکشان‌ها و سیاره فراخورشیدی که تا الان منتشر شده است هیچ امر غیرمنتظره‌ای وجود دارد؟
از لحاظ تئوری‌های علمی مورد قبول تا امروز گمان نمی‌رود که هیچ چیز شوکه‌کننده‌ای دیده شده باشد. این تصاویر همه مربوط به سیستم‌هایی است که تا الان بخوبی مطالعه و بررسی شده‌اند. اما الان جزییات بسیار بیشتری نسبت به گذشته در اختیار داریم.

- چرا دست اندر کاران تلسکوپ فضایی جیمز وب تصمیم گرفتند که سیاره فراخورشیدی WASP-۹۶ b را به عنوان اولین سیاره فراخورشیدی برای بررسی ترکیب مادی آن انتخاب کنند؟ چه چیز خاصی در این مورد وجود داشته است؟
نکته خاصی که درباره این سیاره وجود دارد این است که ابری نیست. طیف تصویری جدید شواهدی از ابر‌ها و غبار‌ها را نشان می‌دهد، اما خیلی زیاد نیست. این خوب است؛ زیرا امکان می‌دهد که نور ستارگان درست از میان اتمسفر آن بتابند و ستاره‌شناسان بدون اینکه با مانع دید رو به رو شوند آن را تحلیل کنند.

- ستاره‌شناسان چگونه تصمیم می‌گیرند که بعد از این با تکسکوپ جیمز وب چه تصاویری تهیه کنند؟
اولین سال مطالعات علمی تا الان برنامه‌ریزی شده است. پژوهشگران بیش از یک هزار پیشنهاد مطرح کرده و هیات‌هایی از دانشمندان آن‌ها را انتخاب کرده‌اند.