تلسکوپ جیمز وب؛ بازنویسی کیهان

تلسکوپ فضایی جیمز وب، وارث معنوی هابل، با چشمانی فروسرخ، پرده از اسرار کیهانی برمی‌دارد. تصاویری که این غول اپتیکی ارسال می‌کند، فراتر از زیبایی‌های بصری، تاریخ تولد ستارگان و ساختار کهکشان‌های اولیه را فاش کرده و درک ما از جایگاه بشر در این پهنه بی‌کران را بازنویسی می‌کند.

کد خبر: ۱۳۲۰۵۵۹

تاریخ: ۰۸ آذر ۱۴۰۴ - ۰۹:۱۲

به گزارش پایگاه خبری دانا، گروه دانش و فناوری:

تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، که به عنوان جانشین معنوی تلسکوپ فضایی هابل شناخته می‌شود، بزرگترین و پیچیده‌ترین رصدخانه فضایی است که تاکنون به فضا پرتاب شده است. این پروژه مشترک ناسا، آژانس فضایی اروپا (ESA) و آژانس فضایی کانادا (CSA) نقطه عطفی در تاریخ اخترشناسی محسوب می‌شود. در حالی که هابل عمدتاً در طیف مرئی و فرابنفش فعالیت می‌کرد، تفاوت کلیدی وب در توانایی بی‌نظیر آن برای مشاهده جهان در طول موج‌های مادون قرمز (فروسرخ) نهفته است.

وب مجهز به آینه‌ای عظیم با قطر ۶.۵ متر است که از ۱۸ قطعه شش‌ضلعی پوشیده از طلا ساخته شده است. این آینه طلایی عظیم، نسبت به هابل، حدود شش برابر سطح جمع‌آوری نور بیشتری دارد، که به آن امکان می‌دهد اجرام بسیار کم‌نورتر و دورتر را رصد کند. نکته حیاتی این است که برای مشاهده دقیق امواج فروسرخ، تلسکوپ باید در دمایی بسیار پایین (حدود $-۲۲۰$ درجه سانتی‌گراد) کار کند. این امر مستلزم استقرار آن در نقطه لاگرانژ دوم (L2)، حدود ۱.۵ میلیون کیلومتر دورتر از زمین، و استفاده از یک سپر حرارتی پنج لایه‌ای به اندازه یک زمین تنیس است تا از گرمای خورشید، زمین و ماه محافظت شود. این طراحی دقیق، وب را به یک ماشین زمان تبدیل کرده است که می‌تواند نوری را که میلیاردها سال پیش سفر کرده است، دریافت کند.

نفوذ به دوران تاریک: مشاهده اولین نور

یکی از اصلی‌ترین اهداف مأموریت جیمز وب، نگاه کردن به "عصر تاریک" کیهان است. این دوره، که بلافاصله پس از بازترکیب اولیه پس از بیگ بنگ (حدود ۳۸۰,۰۰۰ سال پس از آن) آغاز شد، دورانی است که هیچ ستاره یا کهکشانی وجود نداشت و جهان عمدتاً شامل هیدروژن و هلیوم خنثی بود.

مشاهده این دوران اولیه به دلیل انبساط کیهان بسیار دشوار است. نور ساطع شده از اولین ستارگان و کهکشان‌ها، که میلیون‌ها سال نوری را پیموده، به دلیل پدیده‌ای به نام "سرخ‌گرایی کیهانی" (Cosmological Redshift) به سمت طول موج‌های بلندتر (فروسرخ) کشیده شده است. به زبان ساده، هرچه یک جرم کیهانی دورتر باشد، نور آن بیشتر سرخ شده است. از آنجایی که هابل عمدتاً نور مرئی را می‌دید، توانایی محدودی برای نفوذ به این نور سرخ شده داشت.

تلسکوپ وب با ابزارهای فروسرخ پیشرفته‌اش (مانند NIRCam و MIRI) به راحتی می‌تواند این نور سرخ شده را دریافت کند. این قابلیت به وب اجازه می‌دهد تا اولین ساختارهایی را که تنها چند صد میلیون سال پس از بیگ بنگ تشکیل شدند، رصد کند. تصاویری مانند میدان‌های عمیق وب (JWST Deep Fields)، که تصاویری خیره‌کننده از کهکشان‌های بسیار دوردست را نشان می‌دهند، شواهدی مستقیم از تولد کیهان فراهم کرده‌اند.

علاوه بر این، وب می‌تواند ابرهای عظیم غبار میان‌ستاره‌ای را که مانع دید تلسکوپ‌های نوری مانند هابل می‌شوند، شکافته و فراتر روند. به عنوان مثال، در مناطقی مانند "ستون‌های آفرینش" در سحابی عقاب یا سحابی کارینا، وب جزئیاتی از مناطق تشکیل ستاره را آشکار می‌کند که قبلاً توسط غبار پنهان شده بودند. ما اکنون می‌توانیم در قلب این گهواره‌های ستاره‌ای، پیش‌ستارگان (Protostars) و دیسک‌های سیاره‌ساز را ببینیم که در طول موج‌های مرئی نامرئی بودند.

تشکیل و تکامل کهکشان‌ها: مدل‌های در حال تغییر

مشاهدات وب در مورد کهکشان‌های اولیه، انقلابی در کیهان‌شناسی ایجاد کرده است. مدل‌های استاندارد کیهان‌شناسی پیش‌بینی می‌کردند که کهکشان‌ها به تدریج و طی میلیاردها سال، از ساختارهای کوچک و نامنظم به کهکشان‌های بزرگ و مارپیچی امروزی تکامل یابند. با این حال، داده‌های اولیه وب نشان می‌دهند که کهکشان‌های اولیه بسیار بزرگتر، بالغ‌تر و پیچیده‌تر از حد انتظار بوده‌اند.

یکی از یافته‌های شگفت‌انگیز وب، کشف کهکشان‌های پرجرم در دوران بسیار اولیه کیهان است. این امر پرسش‌های اساسی را در مورد سرعت تشکیل ستارگان و مکانیسم‌های تشکیل کهکشان مطرح می‌کند. به نظر می‌رسد که ستارگان اولیه با نرخ بسیار بالاتری نسبت به آنچه مدل‌ها پیش‌بینی می‌کردند، تشکیل شده‌اند. این کهکشان‌های اولیه دارای ساختارهای مارپیچی و قرص‌های مشخصی بودند که معمولاً انتظار می‌رفت در مراحل بسیار بعدی تکامل ظاهر شوند.

این مشاهدات نیاز به بازبینی مدل‌های کیهان‌شناسی استاندارد، به‌ویژه در مورد نقش ماده تاریک و سازوکارهای ادغام کهکشانی در مراحل اولیه کیهان را برجسته کرده است. وب در حال حاضر در حال جمع‌آوری داده‌ها برای نقشه‌برداری دقیق‌تر از توزیع جرم و سرعت تشکیل ستارگان در این کهکشان‌های باستانی است، که به دانشمندان اجازه می‌دهد درک کنند که چگونه مواد کیهانی به سرعت تبدیل به ساختارهای پیچیده کهکشانی شدند.

زندگی در سیارات فراخورشیدی (Exoplanets): جستجوی نشانگرهای حیات

یکی از هیجان‌انگیزترین کاربردهای تلسکوپ جیمز وب، توانایی آن در تحلیل جو سیارات فراخورشیدی (سیارات خارج از منظومه شمسی ما) است. در حالی که هابل قادر به انجام این کار در سطح محدودی بود، وب با استفاده از طیف‌سنجی فروسرخ پیشرفته، امکان شناسایی دقیق مولکول‌های موجود در جو این سیارات را فراهم می‌کند.

هنگامی که یک سیاره فراخورشیدی از جلوی ستاره میزبانش عبور می‌کند (گذر سیاره‌ای)، بخشی از نور ستاره از جو آن سیاره عبور می‌کند و جذب می‌شود. ابزارهای وب، مانند NIRSpec و MIRI، می‌توانند این جذب را اندازه‌گیری کنند و یک "اثر انگشت طیفی" از جو سیاره به دست آورند. این طیف نشان می‌دهد که کدام مولکول‌ها (مانند آب متان، دی‌اکسید کربن و مونوکسید کربن در جو حضور دارند.

این تحلیل‌ها به دانشمندان کمک می‌کند تا شرایط اقلیمی و شیمیایی این سیارات را درک کنند. برای مثال، شناسایی همزمان متان و دی‌اکسید کربن در حضور آب، می‌تواند نشانگرهایی برای فعالیت‌های بیولوژیکی باشد، اگرچه تفسیر این داده‌ها پیچیده است. در حال حاضر، وب مشغول مطالعه جو سیاراتی مانند WASP-96b و کپلر-۱۸۶f است تا بفهمد آیا سیارات سنگی در مناطق قابل سکونت ستاره‌های خود، می‌توانند شبیه به زمین باشند.

این توانایی، جستجو برای بیومارکرها (نشانگرهای احتمالی حیات) را از حدس و گمان به مرحله‌ای علمی و مبتنی بر داده‌های دقیق منتقل کرده است. وب نه تنها به دنبال سیاراتی شبیه به زمین است، بلکه در حال بررسی شیمی جوی سیاراتی است که ممکن است اشکال حیات کاملاً متفاوتی را میزبانی کنند.

نتیجه‌گیری: دیدن گذشته، درک امروز

تلسکوپ جیمز وب تنها یک ارتقاء فنی برای هابل نیست؛ این یک جهش پارادایمی در نحوه درک ما از کیهان است. از مشاهده اولین نور پس از بیگ بنگ تا تحلیل شیمیایی اتمسفر سیارات دوردست، وب ابزاری است که مرزهای دانش بشر را به طرز چشمگیری گسترش داده است.

این مشاهدات نه تنها مدل‌های ما را از تشکیل ستاره‌ها و کهکشان‌ها بازنویسی می‌کنند، بلکه درک ما از شیمی پیش‌حیاتی در کیهان را نیز عمیق‌تر می‌سازند. جیمز وب نه تنها به ما می‌گوید جهان چگونه کار می‌کند، بلکه به ما یادآوری می‌کند که تاریخچه جهان چقدر غنی‌تر، پرشتاب‌تر و پر از جزئیات پیچیده از تصورات ما بوده است. این تلسکوپ نه تنها به نجوم، بلکه به فلسفه وجودی ما نیز عمق می‌بخشد، و ما را در جستجوی پاسخ به سؤال همیشگی "آیا تنها هستیم؟" یک گام بزرگ به جلو می‌برد. هر تصویری که وب ارسال می‌کند، فصلی جدید در کتاب بزرگ کیهان است که اکنون با وضوحی بی‌سابقه برای ما خوانده می‌شود.