دیدار با شگفتی‌ها: مهم‌ترین تصاویر جیمز وب در سال 2022

اصلاً بزرگ‌نمایی نیست اگر بگوییم تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) نماینده دوران جدیدی در اخترشناسی مدرن است.

این تلسکوپ که زمستان سال گذشته به فضا پرتاب و از تابستان به‌طور کامل بهره‌برداری شد، پنجره‌ای را به کیهان باز می‌کند که پیش از این برای ما در دسترس نبود. مانند تلسکوپ فضایی هابل، وب نیز در فضاست، پس می‌تواند تصاویری با جزئیات عالی و بدون اعوجاج‌های ناشی از اتمسفر زمین تهیه کند.

بااین‌حال، با اینکه هابل در ارتفاع ۵۴۰ کیلومتری دور زمین می‌گردد، جیمز وب ۱٫۵ میلیون کیلومتر از ما فاصله دارد؛ حتی دورتر از ماه. از این موقعیت، دور از دخالت گرمای منعکس‌شده از سیاره ما، وب می‌تواند نور موجود در طیف فروسرخ سرتاسر کیهان را جمع‌آوری کند.

این توانایی، در ترکیب با آینه‌های بزرگ وب که پیشرفته‌ترین شناساگرهای حال حاضر هستند و بسیاری از پیشرفت‌های تکنولوژیکی دیگر، به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا به دوران اولیه شکل‌گیری کیهان نگاه کنند.

با انبساط کیهان، طول موج نورهایی که به‌سمت ما می‌آیند افزایش می‌یابد و اشیای دورتر، قرمزتر به‌نظر می‌رسند. در فواصل به‌قدر کافی دور، نور یک کهکشان به‌طور کامل از بخش مرئی طیف الکترومغناطیسی خارج و وارد بخش فروسرخ می‌شود. JWST می‌تواند این منابع نوری را کاوش کند که به اوایل زمان بازمی‌گردند؛ تقریباً ۱۴ میلیارد سال قبل.

تلسکوپ فضایی هابل همچنان یک ابزار علمی عالی است و می‌تواند طول موج‌هایی را ببیند که خارج از محدوده JWST هستند. اما تلسکوپ وب می‌تواند اعماق فروسرخ را با حساسیت و وضوح بیشتری رصد کند.

در این مقاله نگاهی می‌اندازیم به ۱۰ تا از تصاویری که قدرت شگفت‌انگیز این پنجره به کیهان را نشان می‌دهند.

۱. تنظیم کامل آینه‌ها

علی‌رغم سال‌ها تست روی زمین، یک رصدخانه به پیچیدگی JWST نیازمند پیکربندی گسترده و تست هنگام قرار‌گرفتن در فضای سرد و تاریک است.

یک از بزرگ‌ترین وظایف بازکردن ۱۸ آینه شش‌ضلعی و تنظیم آن‌ها با دقت کسری از یک طول موج نور بود. در ماه مارس، ناسا اولین تصویر (متمرکز روی یک ستاره) را از آینه کاملاً تنظیم‌شده منتشر کرد. با اینکه این تنها یک تصویر کالیبراسیون بود، اخترشناسان با هیجانی وصف‌نشدنی بلافاصله آن را با تصاویر موجود از آن قسمت از آسمان مقایسه کردند.

۲. اسپیتزر دربرابر MIRI

این تصویر اولیه که درحال تنظیم فوکوس دوربین‌ها گرفته شده است، به‌وضوح تغییر بزرگ کیفیت داده‌ها را در JWST نسبت به پیشینیان خود نشان می‌دهد.

سمت چپ، تصویری از تلسکوپ فضایی اسپیتزر دیده می‌شود؛ یک رصدخانه فروسرخ فضایی با یک آینه ۸۵ سانتی‌متری. در سمت راست، همان میدان از دوربین فروسرخ میانی MIRI وب و آینه ۶٫۵ متری تصویربرداری شده است.

تفکیک و توانایی شناسایی منابع بسیار کم‌نورتر در اینجا نشان داده شده؛ با صدها کهکشان که در نویزهای تصویر اسپیتزر از بین رفته بودند. این نشان می‌دهد یک آینه بزرگ‌تر در یک فضای سردتر و تاریک‌تر چه می‌تواند بکند.

۳. اولین تصویر از یک خوشه کهکشانی

این خوشه کهکشانی با نام طولانی SMACS J0723.3–7327 انتخابی خوب برای اولین تصویر رنگی عمومی از جانب JWST بود.

این میدان مملو است از کهکشان‌هایی با انواع شکل‌ها و رنگ‌ها. مجموع جرم این خوشه کهکشانی عظیم، در فاصله بیش از ۴ میلیارد سال نوری، فضا را به‌گونه‌ای خم می‌کند که نور از منابع دورتر در پس‌زمینه کشیده و بزرگ‌نمایی می‌شود؛ اثری که با نام هم‌گرایی گرانشی شناخته می‌شود.

این کهکشان‌های اعوجاج‌یافته دوردست را می‌توان به‌راحتی به‌صورت خط‌ها و قوس‌هایی در تصویر دید. این میدان در تصویر هابل (سمت چپ) نیز تماشایی بود، اما این تصویر فروسرخ نزدیک جیمز وب (راست) انبوهی از جزئیات جدید را نشان می‌دهد؛ از جمله صدها کهکشان دورتر که کم‌نورتر یا قرمزتر از آن بودند که هابل بتواند آن‌ها را ببیند.

۴. پنج‌تایی استفان

این تصاویر گروهی از کهکشان‌ها با نام پنج‌تایی استفان را نشان می‌دهند که از مدت‌ها قبل علاقه اخترشناسان را جلب کرده بود. دانشمندان از این گروه برای مطالعه چگونگی برهم‌کنش گرانشی کهکشان‌های درحال برخورد استفاده می‌کنند.

در سمت چپ، دید هابل را می‌بینیم و سمت راست، دیدن فروسرخ نزدیک JWST. این صحنه قدرت تلسکوپ جدید را به رخ می‌کشد؛ در گوشه روی یکی از کهکشان‌ها زوم شده است. در تصویر هابل تعدادی از نواحی روشن تولد ستارگان را می‌بینیم، اما فقط با تصویر وب است که ساختار کامل این کهکشان‌های اطراف نمایان می‌شود.

۵. ستون‌های آفرینش

ستون‌های آفرینش یکی از معروف‌ترین تصاویر در کل علم اخترشناسی است که هابل در سال ۱۹۹۵ گرفته. این تصویر دید خارق‌العاده تلسکوپ‌های فضایی را نشان می‌دهد.

در این تصویر (چپ) یک ناحیه تولد ستاره‌ای در سحابی عقاب دیده می‌شود؛ جایی که گازها و غبار میان‌ستاره‌ای پس‌زمینه پرورشگاه ستارگان جدید را تشکیل می‌دهد. تصویر راست که با دوربین فروسرخ نزدیک JWST گرفته شده است (NIRCam)، یک مزیت دیگر اخترشناسی فروسرخ را نشان می‌دهد: توانایی کنار‌زدن پرده غبار و دیدن اجزای پشت آن.

۶. پیش‌ستاره «ساعت‌شنی»

این تصویر یکی دیگر از خلقت‌های کیهانی را در راه شیری نشان می‌دهد. این ساختار شبیه به ساعت‌شنی ابری از غبار و گاز است که یک ستاره درحال تولد را احاطه کرده؛ پیش‌ستاره‌ای به نام L1527.

یک «دیسک افزایشی» از مواد (خط سیاه وسط تصویر) که فقط در تصویر فروسرخ دیده می‌شود، به درون ستاره سقوط می‌کنند تا جرم آن به‌اندازه‌ای افزایش یابد که فرایند همجوشی هیدروژن آغاز و ستاره جدید متولد شود.

تا آن زمان، نور ستاره درحال شکل‌گیری گازهای بالا و پایین دیسک را روشن می‌کند و شکل ساعت‌شنی به‌وجود می‌آید. تصویر قبلی ما از این پیش‌ستاره از تلسکوپ اسپیتزر بود که میزان جزئیات یک جهش بزرگ به جلو را نشان می‌دهد.

۷. مشتری در فروسرخ

مأموریت تلسکوپ وب شامل تصویربرداری از دورترین کهکشان‌ها از آغاز کیهان است؛ اما می‌تواند کمی نزدیک‌تر به خانه خودمان را نیز رصد کند.

با اینکه JWST نمی‌تواند به زمین یا سیاره‌های منظومه خورشیدی داخلی نگاه کند - چون همیشه باید پشت به خورشید باشد - می‌تواند به بخش‌های دورتر منظومه خورشیدی نگاه کند. این تصویر فروسرخ نزدیک از مشتری یک مثال زیبا است؛ ما به اعماق درون ابرها و طوفان‌های این غول گازی می‌نگریم. درخشش شفق‌ها در قطب‌های شمال و جنوب چشمگیر است.

ثبت این تصویر به‌علت حرکت سریع مشتری نسبت به ستارگان و چرخش سریع آن بسیار دشوار بود. این موفقیت توانایی بسیار خوب تلسکوپ وب را برای دنبال‌کردن اهداف اخترشناختی دشوار ثابت کرد.

۸. کهکشان فانتوم

این تصاویر از کهکشان فانتوم یا M74 قدرت JWST را نه‌تنها به‌عنوان به‌روزترین و عالی‌ترین ابزار اخترشناسی، بلکه به‌عنوان مکملی ارزشمند برای دیگر ابزارهای عالی نشان می‌دهد. بخش میانی ترکیبی است از نور مرئی هابل و نور فروسرخ وب و به ما اجازه می‌دهد ببینیم چگونه نور ستارگان (هابل) و گاز و غبار (JWST) در کنار هم این کهکشان دیدنی را شکل می‌دهند.

قرار است تا بسیاری از داده‌های JWST با تصاویر نور مرئی هابل و دیگر تلسکوپ‌ها ترکیب شوند تا تصاویری از این دست به‌وجود آیند.

۹. یک کهکشان بسیار بسیار دور

با اینکه این کهکشان - حباب کوچک و نارنجی تصویر راست - در میان دیدنی‌ترین مناظری که کیهان ما ارائه می‌دهد قرار ندارد، از لحاظ علمی به همان اندازه جذاب است.

این منظره متعلق به زمانی است که کیهان تنها ۳۵۰ میلیون سال عمر داشت؛ یعنی یکی از اولین کهکشان‌هایی است که تشکیل شده بود. فهم جزئیات اینکه این کهکشان‌ها چگونه رشد می‌کنند و ترکیب می‌شوند، تا ۱۳ میلیارد سال بعد کهکشان‌هایی مانند راه شیری خودمان به‌وجود بیایند، یک پرسش کلیدی است؛ پرسشی با رازهای پابرجای بسیار که کشف‌هایی از این دست را بسیار خواستنی می‌کند.

این همچنین یک تصویر است که فقط تلسکوپ وب می‌تواند آن را ثبت کند. اخترشناسان نمی‌دانستند دقیقاً انتظار چه چیزی را داشته باشند؛ تصویری از این کهکشان در تلسکوپ هابل سیاه خواهد بود؛ زیرا نور کهکشان به‌علت انبساط کیهان کاملاً وارد محدوده فروسرخ شده است.

۱۰. این موزائیک غول‌پیکر آبل ۲۷۴۴

این تصویر یک موزائیک (حاصل اتصال تعداد زیادی تصویر کوچک‌تر) روی خوشه کهکشانی غول‌پیکر آبل ۲۷۴۴ متمرکز شده است؛ چیزی که به‌طور عامیانه «خوشه پاندورا» نامیده می‌شود. فقط تعداد و تنوع منابعی که JWST می‌تواند شناسایی کند، کمی گیج‌کننده است؛ منهای چند ستاره پیش‌زمینه، هر نقطه نور نشانگر یک کهکشان کامل است.

در تکه‌ای از آسمان به‌اندازه کسری از یک ماه کامل، هزاران هزار کهکشان قرار گرفته‌اند که مقیاس جهانی را که در آن زندگی می‌کنیم، برای ما آشکار می‌کند. حرفه‌ای‌ها و آماتورها می‌توانند ساعت‌ها در این تصویر به‌دنبال عجایب و رازها بگردند. (اندازه بزرگ‌تر تصویر را اینجا ببینید.)

در طول سال‌های آینده، توانایی JWST برای نگریستن به اعماق و گذشته دور کیهان ما را قادر می‌سازد تا به بسیاری از پرسش‌ها درباره منشأ خودمان پاسخ دهیم. کشف‌ها و پرسش‌هایی که هنوز نمی‌توانیم آن‌ها را پیش‌بینی کنیم نیز به همین اندازه هیجان‌انگیز هستند. وقتی با این تلسکوپ جدید می‌توانید پرده‌های زمان را کنار بزنید، ناشناخته‌ها قطعاً شگفت‌انگیز خواهند بود.