نخستین تصاویر جیمز وب چگونه جهان ناپیدا را آشکار کرد

با انتشار نخستین تصاویر تمام رنگی و داده‌های طیف‌سنجی تلسکوپ فضایی جیمز وب در روز سه‌شنبه، آغاز دوران جدید ستاره‌شناسی رقم خورده است.

تصاویر حیرت‌انگیز و پر از جزئیاتی که تلسکوپ وب در همین ابتدای کار در اختیار ما قرار داده، حکایت از شروع دورانی دارد که قرار است در آن دانش ما از کیهان به‌طور بی‌سابقه‌ای متحول شود و دید تازه‌ای نسبت به عالم، از نزدیک‌ترین سیارات گرفته تا دورترین کهکشان‌‌ها و هر آن چیزی که بین‌شان است، پیدا کنیم.

تصاویر منتشر شده توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب قدرت خیره‌ کننده‌ی آن را در به تصویر کشیدن عالم نشان می‌دهد.

«بیل نلسون»، مدیر ناسا در سخنرانی حین انتشار اولین تصویر این تلسکوپ در کاخ سفید می‌گوید:«امروز ما به جهانیان نمایی دست اول و جدیدی از عالم که توسط تلسکوپ جیمز وب گرفته شده است نشان می‌دهیم؛ نمایی که تا قبل از این هیچ‌وقت دیده نشده است. این تصاویر که عمیق‌ترین تصویر فروسرخ از عالم هم در میانشان است، تا قبل از این هیچ‌گاه گرفته نشده بودند و به ما نشان می‌دهند که چگونه تلسکوپ وب به ما کمک می‌کند تا به سوالاتی که حتی هنوز نپرسیدیم هم پاسخ دهیم؛ سوالاتی که به ما کمک می‌کنند تا جهان و جایگاه انسان‌ها در آن را بهتر بشناسیم».

انتشار نخستین تصاویر تلسکوپ فضایی جیمز وب به منزله‌ی آغاز رسمی ماموریت علمی این تلسکوپ است. وب در طول عمر خود، به اخترشناسان سراسر جهان اجازه خواهد داد تا سوژه‌های مورد نظر خود را رصد کنند و تصاویر دست اولی در طول موج فروسرخ در اختیار آن‌ها قرار خواهد داد.

جیمز وب دروازه‌های جدید عالم را می‌گشاید

با این که قرار بود همه‌ی تصاویر وب عصر روز سه‌شنبه، ۲۱ تیر منتشر شوند، طی خبری فوری اعلام شد که یکی از این عکس‌ها ساعاتی زودتر و در بامداد سه‌شنبه در مراسمی در کاخ سفید و توسط جو بایدن، رئیس جمهور آمریکا رونمایی خواهد شد. مراسمی که در ابتدا قرار بود ساعت ۱:۳۰ بامداد به وقت تهران شروع شود، با یک و ساعت و نیم تاخیر آغاز شد.

«جو بایدن» رئیس جمهور، «کامالا هریس» معاون اول و نلسون، مدیر ناسا از جمله افراد سرشناس این مراسم بودند. و سپس لحظه‌ی موعود فرا رسید. نخستین تصویر قدرتمند‌ترین چشم بشر در کیهان منتشر شد.

تصویری از خوشه‌ی کهکشانی SMACS 0723  و بی‌شمار کهکشان دیگر در جلو و پشت این خوشه که به تصویر میدان ژرف جیمز وب معروف هستند. این تصویر، واضح‌ترین و عمیق‌ترین چشم‌انداز انسان از عالم است.

نلسون در سخنرانی انتشار این تصویر می‌گوید:«تصویر میدان ژرف جیمز وب صرفا نخستین عکس تمام رنگی این تلسکوپ نیست؛ بلکه ژرف‌ترین و واضح‌ترین تصویری است که تا کنون از دوردست‌های کیهان تهیه کرده‌ایم». اگر دانه‌ای شن به سمت آسمان بگیرید، تمام اجرامی که در این تصویر می‌بینید در پشت آن دانه‌ی شن جای خواهند داشت. این خود به تنهایی می‌تواند بیان‌گر عظمت کیهان و معیارهایی که در نجوم با آن سر و کار داریم باشد.

میدان گرانشی خوشه‌ی کهکشانی SMACS 0723  به قدری است که می‌تواند نور کهکشان‌های پشت سر خود را خمیده کند (خط‌های خمیده‌ای که در تصویر می‌بینید همین موضوع را نشان می‌دهند). از این پدیده به عنوان «لنز گرانشی» یاد می‌شود و به کمک آن نور کهکشان‌های دور دست بیشتر می‌شود.

رویدادی که کیهان در جلوی پای ما قرار داده و به کمک آن می‌توانیم کهکشان‌های دور دست را با جزئیات بیشتر مشاهده کنیم. مشابه این اتفاق در عدسی‌ها هم رخ می‌دهد. یک عدسی با خمیده کردن مسیر حرکت نور، باعث می‌شود تا ما اجرام پشت شیشه‌ی آن را واضح‌تر ببینیم. در لنزهای گرانشی فقط بجای شیشه، گرانش است که نور را خمیده می‌کند. با کمک این خوشه، برخی از کهکشان‌هایی که در این تصویر می‌بینیم مربوط به زمانی هستند که عمر عالم کمتر از یک میلیارد سال بوده است.

تصویر میدان ژرف وب توسط دوربین فروسرخ نزدیک (نیرکم)‌ یا «NIRCam» گرفته شده است و حاصل ۱۲ و نیم ساعت نوردهی مستمر است. تلسکوپ فضایی هابل برای گرفتن چنین تصویری، هفته‌ها روی سوژه نوردهی کرده بود و در نهایت هم تصویر میدان فراژرف هابل کیفیت تصویر جیمز وب را ندارد. و این تازه اول راه جیمز وب است. در آینده و با نور دهی‌های طولانی‌تر، زوایای بیشتری از عالم آشکار خواهند شد.

خوشه‌ی کهکشانی SMACS 0723  در فاصله‌ی ۶/۴ میلیارد سال نوری از زمین قرار دارد. یعنی نور این خوشه، همین مقدار سال در راه بوده تا به ما برسد. نور کهکشان‌های دورتر درون این عکس حتی از این هم بیشتر در راه بوده‌اند.

پس با نگاه کردن به میدان ژرف جیمز وب، ما در واقع در حال نگاه کردن به گذشته و سفر در زمان هستیم. به دلیل گسترش عالم، نور ارسال شده از کهکشان‌ها در طول مدت سفرش به سمت ما کش آمده و به موج فروسرخ تبدیل می‌شود.

طول موجی که تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌تواند آن را آشکار کند. با آشکارسازی این طول موج از اجرام مختلف، محققان به زودی درباره‌ی جرم، سن، تاریخچه و ترکیبات کهکشان‌ها مطالعه خواهند کرد.

نفوذ جیمز وب در دل ابرهای کهکشان

در تصاویری که دیروز جیمز وب منتشر کرده، دو سحابی نیز به چشم می‌خورند. سحابی سیاره‌نما حلقه‌ی جنوبی و سحابی کارینا. شکل سحابی کارینا مانند صخره‌هایی است که در دل فضا بوجود آمده. با ۷۶۰۰ سال نوری فاصله تا زمین، کارینا یکی از نزدیک‌ترین محل‌های پرورش ستاره در کهکشان راه‌شیری است. این سحابی مملو از ستاره‌های نوزاد است که تا پیش از بخاطر احاطه شدن توسط حجم زیادی از گاز و گرد و غبار قابل مشاهده نبودند.

اما حالا جیمز وب به لطف طول موج فروسرخ می‌تواند به درون این ابرها نفوذ کرده و اتفاقات درونش را بیبند. در این تصویر جیمز وب، ما لبه‌های سحابی کارینا را می‌بینیم که بخاطر حضور شدید امواج فرابنفش و بادهای ستاره‌ای بدین صورت شکل گرفته‌اند.

دوربین نیرکم، توانسته صدها ستاره‌ درون این ناحیه‌ی ستاره‌زایی که تا قبل از این پنهان بودند را آشکار کند. بسیاری از این ستاره‌ها در دوران اولیه‌ی شکل‌گیری و زندگی هستند و این به دانشمندان کمک می‌کند تا تکامل ستاره‌ها به صورت کامل‌تری بررسی کنند.

دوران‌های نخست شکل‌گیری ستاره‌ها بین ۵۰ هزار تا ۱۰۰ هزار سال طول می‌کشد و به همین علت دیدن این دوران کار سختی است. البته که حالا وب با ابزار حساس خودش می‌تواند کار رصد چنین پدیده‌هایی را راحت‌تر کند.

بخارهایی که در بالای صخره‌های سحابی کارینا مشاهده می‌کنید در واقع گازهای داغ و یونیده شده و غبار داغی هستند که به دلیل فشار امواج پر قدرت فرابنفش در حال پخش شدند. همچنین حباب‌ها و سوراخ‌هایی که درون سحابی بوجود آمده‌اند حاصل بادهای ساطع شده از ستاره‌های تازه متولد شده هستند. همچنین جت‌های خارج شده از پیش‌ستاره‌های احاطه شده توسط گرد و غبار که به رنگ طلایی هستند هم در تصویر مشخص‌اند.

یکی دیگر از تصاویر منتشر شده از سحابی کارینا، تصویری حاصل ادغام دروبین نیرکم و میری (MIRI) جیمز وب است. ادغام این دو تصویر باعث شده تا قسمت‌هایی از مناطق ستاره‌زایی که سحابی که تا پیش از این ناشناخته بودند را ببینیم. دوربین میری طول موج فروسرخ میانه را آشکار می‌کند.

سحابی حلقه‌ی جنوبی دومین سحابی است که در قاب جیمز وب جای گرفته. ستاره‌ی پرنور مرکز این سحابی، نقش مهمی در پشتیابی از سحابی ایفا می‌کند. اگرچه که معمار اصلی این سحابی، ستاره‌ی کم نورتر در کنار ستاره‌ی پرنور مرکز است. این ستاره در طول هزاران سال هشت لایه از پوسته‌ی خود را به بیرون پرتاب کرده که حاصلش این سحابی سیاره‌نما شده است.

(سحابی سیاره‌ای صرفا یک اسم است و ربطی به سیاره ندارد!) ستاره‌ی پرنورتر بوسیله‌ی گرانش خود نقش مهمی در نحوه‌ی تغییر شکل این سحابی دارد. هر دو ستاره‌ی مرکز این سحابی در قفلی گرانشی به دور یک دیگر می‌چرخند.

ستاره‌ی کم‌نور مرکز تصویر در دوران پایانی عمر خود به سر می‌برد و در حال تبدیل شدن به یک کوتوله‌ی سفید است. فرآیندی که در آن ستاره بصورت تدریجی لایه‌های خود را به بیرون پرتاب می‌کند و باعث ایجاد چنین سحابی‌های سیاره‌‌نما می‌شود.

فرآیندی که خورشید ما نیز چندین میلیارد سال آینده و با پایان عمرش آن را طی خواهد کرد. هر دو ابزار نیرکم و میری از این سحابی عکس گرفته‌اند. در تصویری که توسط دوربین میری گرفته شده ستاره‌ی کم‌نور که باعث تشکیل این سحابی است بهتر دیده می‌شود.

این را هم در نظر داشته باشید که قطر سحابی حلقه جنوبی حدود نیم سال نوری است که در مقایسه با سحابی عظیم کارینا بسیار کوچک است.  قطر کارینا حدود ۴۶۰ سال نوری است.

با جیمز وب از رقص کهکشان‌ها لذت ببرید

پنج‌تایی استفان هدف بعدی تلسکوپ فضایی جیمز وب بوده. با دید قدرتمند فروسرخ و رزولوشن بالای خود، وب صحنه‌هایی از پیش دیده نشده‌ی این گروه کهکشانی را به ما نشان می‌دهد. خوشه‌های شامل میلیون‌ها ستاره‌ی جوان و مناطق ستاره‌زایی درون این کهکشان‌ها نتوانسته‌اند از دید جیمز وب فرار کنند.

گازها و گرد و غبار و ستاره‌ها توسط گرانش این کهکشان‌ها به این سمت و آن سمت کشیده می‌شوند گویی که در گوشه‌ای از کیهان جشن و پایکوبی در جریان است و کهکشان‌ها در آن می‌رقصند و جیمز وب، گوشه‌ای تنها در مدار ماه به سر و صداهای این مهمانی گوش می‌دهد و ما را در شعف و شگفتی مجذوب می‌کند.

تصویری که توسط نیرکم و میری و ادغام داده‌های این دو بدست آمده بزرگ‌ترین تصویری است که جیمز وب تا کنون گرفته. تصویری موزاییکی که حاوی ۱۵۰میلیون پیکسل است و از حدود ۱۰۰۰ تصویر مختلف ساخته شده است.

در این تصویر که ترکیبی از داده‌های نیرکم و میری است، از دوتا از فیلترهای میری استفاده شده تا غبار داغ و ساختارهای درون کهکشان بهتر نمایش داده شوند. میری می‌تواند تفاوت رنگ بین غبارهای درون کهکشان‌ها و موج ضربه‌های حاصل برهم‌کنش‌شان را از هم تشخیص دهد. داده‌های بدست آمده توسط میری با رنگ زرد و نارنجی و داده‌های نیرکم با آبی و سفید که غالبا مربوط به ستاره‌ها هستند نمایش داده شده.

اگرچه که نام این کهکشان‌ها پنج‌تایی استفان است، اما فقط چهارتای آن‌ها واقعا به هم نزدیک هستند و با هم برهم‌کنش دارند. پنجمین و سمت چپ‌ترین کهکشان این تصویر NGC 7320 نام دارد و اگرچه از دید ما زمینی‌ها، در کنار چهار کهکشان دیگر قرار گرفته، اما در واقع نسبت به آن‌ کهکشان‌ها بسیار نزدیک‌تر به ما است.

این کهکشان در فاصله‌ی ۴۰ سال نوری از زمین قرار دارد در صورتی که چهار کهکشان دیگر پنج‌تایی استفان حدود ۲۹۰ میلیون سال نوری از ما فاصله دارند. هرچند که همه‌ی این فواصل در ابعاد کیهان بسیار نزدیک به زمین محسوب می‌شوند. مطالعه‌ی این کهکشان‌های نسبتا نزدیک باعث می‌شود تا دانشمندان بتوانند از ساختارهای کهکشان‌های دورتر هم مطلع شوند.

با داشتن این تصاویر و داده‌های حیرت‌انگیز وب دانشمندان می‌توانند به‌طور بی سابقه‌ای تکامل کهکشان‌ها را مطالعه کنند.

کهکشان‌هایی که مانند چهار کهکشان پنج‌تایی استفان با هم تعامل گرانشی دارند و با هم برخورد می‌کنند می‌توانند شروع ستاره‌زایی و نحوه‌ی توزیع گاز در یک‌ دیگر را جرقه بزنند.

پنج‌تایی استفان یک آزمایشگاه بی‌نظیر برای مطالعه چنین فرآیندهایی در کیهان است. چنین گروه‌های کهکشانی فشرده‌ای در ابتدای عالم بیشتر بوده‌اند. کهکشان‌هایی که مواد بسیار داغ‌شان می‌توانسته سوخت مورد نیاز سیاه‌چاله‌های بسیار پر انرژی به نام کوازارها را تامین کند.

ابزار میری هم یک تصویر مجزا پنج‌تایی استفان گرفته است. تصویری که در آن صحنه‌هایی بی‌سابقه از مناطق مملو از غبار و موج ضربه‌های حاصل فعل و انفعالات چهار کهکشان این گروه دیده می‌شود.

به دلیل این تعامل کهکشان‌های گروه استفان، گرد و غبار و ستاره‌های این کهکشان‌ها از لبه‌های کهکشان‌ جدا می‌شوند. این داده‌های میری اطلاعات ارزشمندی از چگونگی تعامل و تکامل کهکشان‌های اولیه‌ی کیهان به ما می‌دهد.

همچنین به کمک هر دو ابزار نیرکم و میری، از این کهکشان‌ها طیف‌سنجی شده که برای بررسی هسته‌های این کهکشان‌ها استفاده می‌شوند. با کمک این طیف‌ها دانشمندان می‌توانند درباره‌ی ساختارهای فضایی و از جمله سرعت آن‌ها مطلع شوند.

سیاره به سیاره به دنبال نشانه‌های حیات

سیارات فراخورشیدی یکی از اهداف جذاب تلسکوپ فضایی جیمز وب هستند. به همین دلیل هم در بین نخستین تصاویر و داده‌های این تلسکوپ، طیف سیاره‌ی فراخورشیدی WASP-96b هم به چشم می‌خورد. طیفی حاصل عبور این سیاره از جلوی ستاره‌ی مادرش که با یک‌بار رصد توسط دوربین فروسرخ میانه و ابزار نیریس جیمز وب تهیه شده. این طیف مشخصه‌های اتمسفر این سیاره‌ی گازی غول‌پیکر را آشکار کرده است.

طیف عبوری با مقایسه‌ی نور ستاره زمانی که سیاره از جلویش عبور می‌شود با نور ستاره زمانی که سیاره جلویش را نگرفته بدست می‌آید. هر کدام از نقاط سفید روی این نمودار نشان دهنده‌ی میزان نور مسدود شده توسط خود سیاره و میزان نور جذب شده توسط اتمسفر سیاره است. در طول این رصد، ابزار نیریس طول موج‌هایی از بازه‌ی ۶/۰ میکرون تا ۸/۲ میکرون را آشکار کرده است.

با بررسی الگوهای جذب نور توسط اتمسفر سیاره، دانشمندان قادرند تا میزان وجود گازهای مهم در اتمسفر را اندازه‌گیری کنند. هر گاز یک سری طول موج‌های جذبی به خصوص دارد که آن را از بقیه‌ی گازها متمایز می‌کند. همچنین بر اساس فراز و فرودهای نمودار می‌توان دمای اتمسفر را هم محاسبه کرد.

هرچه قله‌ها بلندتر باشند یعنی دمای اتمسفر آن سیاره هم بیشتر است. همچنین شاخصه‌های دیگر مانند حضور ابر و مِه را می‌توان از شکل کلی نمودار بدست آورد.

اگرچه که رسیدن به نتایج تکمیلی این طیف هنوز نیاز به زمان بیشتری دارد، می‌توان چند نتیجه‌گیری کلی از این داده‌ها داشت. قله‌هایی که روی نمودار مشخص شده‌اند نشان دهنده‌ی حضور بخار آب در اتمسفر هستند.

ارتفاع این قله‌ها نشان از حضور ابرهایی از بخار آب در اتمسفر سیاره‌ی WASP-96b دارد. سراشیبی تدریجی سمت چپ نمودار به ما می‌گوید که احتمالا در آن‌جا مِه هم وجود دارد. همچنین از روی نمودار به نظر می‌رسد که دمای اتمسفر این سیاره‌ی فراخورشیدی چیزی حدود ۷۲۵ درجه‌‌ی سلسیوس است.

طیف تهیه شده توسط جیمز وب، دقیق‌ترین طیف فروسرخ بدست آمده از یک سیاره‌ی عبوری است. سیاره‌ای که حدود ۱۱۵۰سال نوری از زمین فاصله دارد و به دور ستاره‌ای مانند خورشید در چرخش است. البته که فاصله‌ی این سیاره تا ستاره‌اش بسیار کم است و هر بار چرخشش به دور ستاره فقط کمی بیشتر از سه روز زمینی طول می‌کشد. این سیاره نخستین بار در سال ۲۰۱۴ میلادی کشف شد.

یک منحنی نوری از سیاره‌ی WASP-96 b هم منتشر شده که در آن میزان افت نور ستاره‌ی اصلی هنگامی که سیاره از جلویش عبور می‌کند کاملا مشخص است. برای ثبت این داده‌ها، تلسکوپ جیمز وب ۶ ساعت و ۲۳ دقیقه به این منطقه از آسمان خیره مانده است.

تصویر پس‌زمینه‌ی این نمودارها هم تصویری ساختگی است که با توجه به داده‌های موجود از این سیاره‌ی فراخورشیدی و ستاره‌اش ساخته شده. جیمز وب از اتمسفر این سیاره تصویر مستقیمی نگرفته است.

تلسکوپ فضایی جیمز وب اصلی‌ترین تلسکوپ بشر برای مشاهده‌ی کیهان است. این تلسکوپ که حاصل همکاری بین‌المللی بین ایالات متحده، کانادا و کشورهای عضو آژانس فضایی اروپا است دی ماه 1400 توسط راکت آریان ۵ به سمت فضا پرتاب شد.

محل قرارگیری این تلسکوپ جایی به نام مدار L2 است که حدود یک و نیم میلیون کیلومتر با زمین فاصله دارد. دلیل قرارگیری تلسکوپ وب در این فاصله این است که ابزارهای حساس آن از سمت نویزهای تولید شده بر روی سیاره‌ی زمین آسیب نبینند.

پس از طی کردن مراحل آماده‌سازی پیچیده‌ در طول هفت ماه گذشته، تمام ابزارهای این تلسکوپ آماده به نظر می‌رسیدند و به دمای مناسب رسیده بودند. دمایی که فقط چند ده درجه از صفر مطلق (منفی ۲۷۳ درجه سلسیوس) بیشتر است. دلیل نیاز به این دمای بسیار کم، هرچه بهتر آشکار شدن امواج کم انرژی فروسرخ است.

در هفته‌های گذشته همچنین خبری مبنی بر برخورد ریزشهابواره‌ای به یکی از قسمت‌های آینه‌ی جیمز وب منتشر شد که نگرانی‌هایی را به بار آورد. اما در نهایت مشخص شد که آسیب خاصی به این تلسکوپ وارد نشده و این تلسکوپ بالاخره بامداد دیروز، سه‌شنبه، نخستین تصویر تمام رنگی خود را منتشر و در ادامه هم باقی تصاویر و داده‌های اولیه‌ی خود را منتشر کند تا این‌گونه آغاز ماموریت علمی تلسکوپ فضایی جیمز وب کلید بخورد.

اکنون جهان بی‌صبرانه منتظر ادامه‌ی فعالیت جیمز وب و گشتن به دنبال پرسش‌های بی‌پاسخ است. به قول کارل ساگان، منجم فقید آمریکایی:«در گوشه‌ای از جهان، چیزی خارق‌العاده منتظر نشسته تا کشف شود».