اولین تصاویر تلسکوپ جیمز وب منتشر شد؛ نگاهی به اعماق کیهان

تلسکوپ جیمز وب برای ثبت تصاویر خیره‌کننده خود از چهار ابزار علمی فوق‌پیشرفته بهره می‌برد. این ابزارها شامل دوربین فروسرخ نزدیک (NIRCam)، طیف‌سنج فروسرخ نزدیک (NIRSpec)، ابزار فروسرخ میانی (MIRI) و حسگر راهنمای دقیق/تصویربردار فروسرخ نزدیک و طیف‌سنج بدون شکاف (FGS/NIRISS) هستند.

هر یک از این قطعات وظیفه‌ای منحصربه‌فرد در رمزگشایی از اسرار کیهان بر عهده دارند.

دوربین NIRCam به عنوان تصویربردار اصلی تلسکوپ، وظیفه ثبت نور از اولین ستاره‌ها و کهکشان‌های در حال شکل‌گیری را دارد. این دوربین مجهز به کرونوگراف است که به ستاره‌شناسان اجازه می‌دهد نور ستاره‌های درخشان را مسدود کرده و اشیاء کم‌نور اطراف آن‌ها، مانند سیارات فراخورشیدی، را مشاهده کنند.

این قابلیت برای درک ساختار منظومه‌های دیگر حیاتی است.

ابزار MIRI که در محدوده طول موج‌های بلندتر عمل می‌کند، تصاویری از گرد و غبار گرم و گازهای سرد کهکشانی ارائه می‌دهد. این ابزار به قدری حساس است که می‌تواند نور ضعیف کهکشان‌های بسیار دوردست را که به دلیل انبساط جهان به سمت قرمز گرایش یافته‌اند، تشخیص دهد.

برای عملکرد صحیح، MIRI باید تا دمای ۷ کلوین سرد شود.

طیف‌سنج NIRSpec توانایی عجیبی در تحلیل همزمان ۱۰۰ جرم آسمانی دارد. این ابزار با استفاده از سیستم میکروشاتر (دریچه‌هایی به اندازه موی انسان)، نور را تجزیه کرده و ترکیبات شیمیایی، دما و جرم اجرام را مشخص می‌کند.

این داده‌ها به دانشمندان کمک می‌کند تا بفهمند کهکشان‌ها چگونه در طول میلیاردها سال تکامل یافته‌اند.

در نهایت، FGS/NIRISS به تلسکوپ کمک می‌کند تا با دقت بسیار بالا روی هدف قفل شود. این ابزار همچنین برای تشخیص عبور سیارات از مقابل ستاره‌های مادر و بررسی جو آن‌ها استفاده می‌شود.

ترکیب این چهار ابزار، جیمز وب را به قدرتمندترین آزمایشگاه فضایی تاریخ تبدیل کرده است که دید ما را نسبت به ماده تاریک و انرژی تاریک نیز تغییر خواهد داد.

یکی از خیره‌کننده‌ترین تصاویر منتشر شده توسط جیمز وب، مربوط به لبه سحابی کارینا است که به «صخره‌های کیهانی» شهرت یافته است.

این تصویر در واقع لبه یک حفره گازی غول‌پیکر را نشان می‌دهد که توسط تابش‌های فرابنفش شدید و بادهای ستاره‌ای حاصل از ستاره‌های جوان و داغ شکل گرفته است. این منطقه حدود ۷۶۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارد.

در تصاویر هابل، این منطقه به دلیل وجود غبار غلیظ کدر به نظر می‌رسید، اما جیمز وب با استفاده از دید فروسرخ خود، به درون این غبار نفوذ کرده است. اکنون ما می‌توانیم صدها ستاره کاملاً جدید را ببینیم که قبلاً هرگز مشاهده نشده بودند.

این ستاره‌های نوزاد در میان ابرهای گاز و غبار در حال شکل‌گیری هستند و فرآیند تولد آن‌ها اطلاعات ارزشمندی به ما می‌دهد.

بخش‌های طلایی و نارنجی رنگ در تصویر، نشان‌دهنده گازهای یونیزه شده و غبار داغی است که از سحابی به بیرون رانده می‌شوند. جت‌های عظیمی که از برخی ستاره‌های جوان به بیرون پرتاب می‌شوند نیز در این تصویر قابل رویت هستند.

این جت‌ها نشان‌دهنده مراحل اولیه زندگی یک ستاره هستند که با سرعت بسیار زیاد مواد را به فضای اطراف می‌فرستند.

تحلیل این تصویر به اخترشناسان کمک می‌کند تا تأثیر ستاره‌های پرجرم را بر شکل‌گیری ستاره‌های کوچک‌تر درک کنند. سحابی کارینا نمونه‌ای عالی از تعامل میان انرژی ستاره‌ای و مواد خام کهکشانی است.

جیمز وب با وضوح بی‌سابقه خود، مرزهای بین گازهای سرد و گرم را مشخص کرده و ساختارهای پیچیده‌ای را فاش کرده که مدل‌های قبلی قادر به پیش‌بینی آن‌ها نبودند.

این تصویر نه تنها یک شاهکار هنری، بلکه یک نقشه راه علمی است. با مطالعه این صخره‌ها، دانشمندان می‌توانند نرخ ستاره‌زایی در کهکشان راه شیری را دقیق‌تر محاسبه کنند.

این داده‌ها به ما می‌گویند که منظومه شمسی خودمان احتمالاً در محیطی مشابه و در میان چنین تلاطم‌های کیهانی متولد شده است.

تصویر میدان عمیق جیمز وب از خوشه کهکشانی SMACS 0723، قدرت نظریه نسبیت عام اینشتین را به نمایش می‌گذارد.

در این تصویر، جرم عظیم خوشه کهکشانی در مرکز، مانند یک ذره‌بین غول‌پیکر عمل کرده و نور کهکشان‌های بسیار دورتر را که در پشت آن قرار دارند، خم و بزرگ‌نمایی کرده است. این پدیده «عدسی گرانشی» نامیده می‌شود.

کهکشان‌هایی که به صورت کمان‌های کشیده و منحنی در تصویر دیده می‌شوند، در واقع کهکشان‌های بسیار دوری هستند که نورشان توسط گرانش خوشه جلویی تغییر شکل یافته است. برخی از این کهکشان‌ها بیش از ۱۳ میلیارد سال قدمت دارند.

جیمز وب با استفاده از این پدیده طبیعی، توانسته است اجرامی را ببیند که حتی برای آینه‌های بزرگ خودش هم بیش از حد ضعیف بودند.

نکته شگفت‌انگیز این است که برخی از این کهکشان‌های دوردست در تصویر تکرار شده‌اند؛ یعنی ما چندین تصویر از یک کهکشان واحد را در نقاط مختلف کمان مشاهده می‌کنیم.

این موضوع به دانشمندان اجازه می‌دهد تا توزیع ماده تاریک را در خوشه کهکشانی جلویی نقشه‌برداری کنند، زیرا ماده تاریک عامل اصلی ایجاد این گرانش عظیم است.

وضوح تصویر به قدری بالاست که خوشه‌های ستاره‌ای کوچک را در کهکشان‌های دوردست نشان می‌دهد. این اولین بار است که بشر می‌تواند ساختارهای داخلی کهکشان‌هایی را ببیند که تنها چند صد میلیون سال پس از بیگ‌بنگ شکل گرفته‌اند.

این داده‌ها برای درک چگونگی تجمع ماده و تشکیل اولین ساختارهای بزرگ در جهان ضروری هستند.

علاوه بر این، طیف‌سنجی از این کهکشان‌های عدسی شده، ترکیب شیمیایی آن‌ها را فاش کرده است. ما اکنون می‌دانیم که کهکشان‌های اولیه حاوی چه عناصری بوده‌اند و چگونه با گذشت زمان غنی‌تر شده‌اند.

خوشه SMACS 0723 تنها یک نقطه کوچک در آسمان است، اما دریچه‌ای به وسعت کل تاریخ کیهان را به روی ما گشوده است.

یکی از مهم‌ترین دستاوردهای اولیه جیمز وب، ثبت طیف دقیق از اتمسفر سیاره فراخورشیدی WASP-96 b بود. این سیاره یک غول گازی داغ است که در فاصله ۱۱۵۰ سال نوری از زمین قرار دارد.

جیمز وب با استفاده از روش «طیف‌سنجی عبوری»، توانست امضای مولکول‌های آب را در جو این سیاره با دقتی بی‌سابقه شناسایی کند.

هنگامی که سیاره از مقابل ستاره مادر خود عبور می‌کند، بخشی از نور ستاره از میان جو سیاره رد می‌شود. گازهای موجود در اتمسفر، طول موج‌های خاصی از نور را جذب می‌کنند.

جیمز وب با تجزیه این نور، نموداری به دست می‌دهد که مانند یک اثر انگشت منحصربه‌فرد، حضور مولکول‌هایی نظیر بخار آب، متان و دی‌اکسید کربن را فاش می‌کند.

در مورد WASP-96 b، جیمز وب شواهدی از وجود ابر و مه را در جو سیاره پیدا کرد که مشاهدات قبلی قادر به تشخیص آن نبودند. این موضوع نشان می‌دهد که اتمسفر این سیاره بسیار پیچیده‌تر از تصورات قبلی است.

این سطح از جزئیات به ما کمک می‌کند تا آب‌وهوای سیاراتی را که هزاران تریلیون کیلومتر دورتر هستند، مدل‌سازی کنیم.

هدف نهایی این تکنولوژی، بررسی سیارات سنگی کوچک‌تر در «منطقه کمربند حیات» است؛ جایی که دما برای وجود آب مایع مناسب است. جیمز وب به دنبال نشانه‌های زیستی یا «بیوسیگنچرها» در اتمسفر این سیارات خواهد بود.

وجود همزمان اکسیژن، متان و دی‌اکسید کربن می‌تواند نشانه‌ای قوی از فعالیت‌های بیولوژیکی در یک سیاره دوردست باشد.

این قابلیت جیمز وب، فصل جدیدی را در اخترزیست‌شناسی باز کرده است. ما دیگر فقط به دنبال پیدا کردن سیارات نیستیم، بلکه می‌خواهیم بدانیم آن‌ها از چه ساخته شده‌اند و آیا پتانسیل میزبانی از حیات را دارند یا خیر.

هر طیف جدیدی که جیمز وب ثبت می‌کند، ما را یک قدم به پاسخ این سوال بزرگ نزدیک‌تر می‌کند: «آیا ما در جهان تنها هستیم؟»

تلسکوپ جیمز وب به گونه‌ای طراحی شده است که بتواند به دورترین نقاط زمانی جهان نفوذ کند، دورانی که به آن «سپیده‌دم کیهانی» می‌گویند. به دلیل انبساط جهان، نور اولین کهکشان‌ها در طول مسیر میلیاردها ساله خود کشیده شده و از محدوده مرئی به محدوده فروسرخ منتقل شده است.

جیمز وب دقیقاً برای شکار این نورهای ضعیف و کشیده شده ساخته شده است.

اولین تصاویر منتشر شده نشان دادند که کهکشان‌ها در جهان اولیه بسیار تکامل‌یافته‌تر و پرجرم‌تر از آن چیزی هستند که مدل‌های کیهان‌شناسی قبلی پیش‌بینی می‌کردند. این کشف باعث شده است که دانشمندان در مورد سرعت شکل‌گیری ساختارها پس از انفجار بزرگ تجدیدنظر کنند.

به نظر می‌رسد جهان بسیار سریع‌تر از آنچه فکر می‌کردیم، سازمان‌یافته شده است.

مطالعه این کهکشان‌های باستانی به ما می‌گوید که اولین ستاره‌ها چه زمانی متولد شدند و چگونه نور آن‌ها محیط اطراف را یونیزه کرد. این فرآیند که به «باز یونیزاسیون» معروف است، شفافیت جهان را تغییر داد و اجازه داد نور به راحتی در فضا حرکت کند.

جیمز وب در حال نقشه‌برداری از این دوران گذار حیاتی در تاریخ کیهان است.

علاوه بر این، جیمز وب به ما نشان می‌دهد که سیاهچاله‌های کلان‌جرم در مرکز این کهکشان‌های اولیه چگونه رشد کرده‌اند. رابطه بین رشد سیاهچاله‌ها و تکامل کهکشان‌ها یکی از بزرگترین معماهای فیزیک است.

تصاویر جدید نشان می‌دهند که این سیاهچاله‌ها احتمالاً بسیار زودتر از آنچه تصور می‌شد، به جرم‌های عظیمی دست یافته‌اند.

با نگاه کردن به این کهکشان‌های دوردست، ما در واقع در حال تماشای آلبوم عکس دوران نوزادی جهان هستیم. هر پیکسل از این تصاویر حاوی اطلاعاتی درباره نحوه توزیع ماده تاریک و گازهای اولیه است.

جیمز وب نه تنها گذشته را به ما نشان می‌دهد، بلکه به ما کمک می‌کند تا سرنوشت نهایی جهان و نحوه فروپاشی یا انبساط ابدی آن را بهتر درک کنیم.