تم تصميم تلسكوب جيمس ويب الفضائي للوصول إلى أعمق في الفضاء ، وأكثر من أي مرصد سابق ، بهدف جريء هو اكتشاف المجرات الأولى التي أضاءت الكون الفتى. لطالما كان إنشاء صور جميلة جانبًا ممتعًا ولكنه ثانوي لامتلاك هذا الجهاز الجديد المذهل في الفضاء.
اليوم ، بعد 365 يومًا من إصدار وكالة ناسا للدفعة الأولى من البيانات والصور الخاصة بالمهمة ، من الواضح أن JWST يمكن أن تنتج مشاهد علمية وجمالًا قاسية بنفس الشغف. تحتفل وكالة ناسا بالذكرى السنوية الأولى لإطلاق علوم JWST الافراج عن فيلم جديد، مما يدل على قدرة التلسكوب على إعادة تصور الكون. تلتقط الصورة الدرامية والهلوسة إلى حد ما نشاط مجمع السحابة Rho Ophiuchi ، وهو أقرب منطقة لتشكيل النجوم إلى الأرض ، حيث قد تكون أنظمة الكواكب مثلنا في المراحل الأولى من التكوين.
قالت عالمة الفيزياء الفلكية في ناسا جين ريجبي ، التي أصبحت كبيرة علماء المشروع في JWST في وقت سابق من هذا الشهر: “أداء التلسكوب أفضل مما توقعنا”.
قال ريجبي إن المجتمع العلمي كان متحفظًا بعض الشيء في التخطيط لجدول الأعمال للسنة الأولى من الملاحظات ، لكن في العام المقبل ستستفيد العلوم استفادة كاملة مما يمكن أن يفعله التلسكوب. “لقد أصبحنا أكثر جرأة في العام الثاني.”
لم تكن رحلة JWST حول الشمس خالية من مطبات السرعة. تضمنت السنة الأولى من العمليات العلمية وقفة وجيزة في جمع البيانات لأسباب تتعلق بالسلامة وتصادمًا شديدًا مع الغبار الفضائي أجبر مديري المشروع على تحريك المرصد إلى الوراء أكثر أو أقل من الآن فصاعدًا.
لكن العلماء الذين يعملون مع البيانات التي تم تنزيلها من التلسكوب مبتهجون بأدائه ، الذي ينظر في جزء الأشعة تحت الحمراء من الطيف ، ويجمع الضوء الذي لم يستطع سلفه ، تلسكوب هابل الفضائي ، القيام بذلك.
العنوان الرئيسي حتى الآن هو أن JWST قد رصد بعض المجرات اللامعة بشكل مدهش في الكون المبكر. كان محيرا بعض الشيء.
لا ، JWST لا تدحض نظرية الانفجار العظيم. علم الكونيات لا يسير في طريق علم فراسة الدماغ. لكن ملاحظات الكثير من الضوء من المراحل الأولى لتشكيل المجرات أدت إلى بعض الخدوش. الملاحظة والنظرية ليست متوافقة بشكل جيد.
قال ماسيمو ستيافيللي ، رئيس بعثة JWST ، الفيزيائي من معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور: “أعتقد أن هناك توترًا”. “لا يمكن إنكاره لأن الأشياء مختلفة عما كنا نظن”.
النتائج الرئيسية لـ JWST
تم إنشاء JWST في أواخر الثمانينيات كخليفة لتلسكوب هابل الذي لم يتم إطلاقه بعد ، لكنه واجه سنوات من التأخير ولقاء كاد أن يموت مع المشرعين الذين يعانون من ضائقة الميزانية. إنه استثمار بقيمة 10 مليارات دولار. إنه غير مصمم بميزات معيارية تتيح قطع الغيار إذا حدث خطأ ما.
وهي في أعماق الفضاء ، في مدار جاذبي مستقر حول الشمس يسمى L2 ، على بعد حوالي مليون ميل من الأرض. لا يوجد لدى ناسا حاليًا أي مكوك لنقل رواد الفضاء إلى L2 والعودة.
كل هذا يعزز السعادة بين العلماء لأن التلسكوب يعمل كما هو مخطط له.
بالنسبة إلى تلسكوب من هذا التصميم ، فإن العام يمثل مشكلة كبيرة. يجب أن تكون مرايا التلسكوب شديدة البرودة ولا يمكن توجيهها إلى أي مكان بالقرب من الشمس ، لذلك لا تتوقع أن ترى أي صور JWST جميلة لكوكب الزهرة. لكن المدار الكامل يعطي التلسكوب الفرصة لتغطية جزء كبير من الكون.
تم إطلاق JWST في صباح عيد الميلاد في عام 2021 ، وقد قام في الواقع بدورة واحدة ونصف ، ولكن تم تخصيص الأشهر الستة الأولى لاستخدام مجموعته الضخمة المطلية بالذهب. مرايا سداسية ومظلة عريضة لإبقائها باردة ، فضلاً عن ضبط أدواتها.
يحمل الضوء الذي تم جمعه بواسطة هذه المرايا معلومات حول العديد من طبقات الكون ، من المجرات البعيدة ، الخافتة ، بالكاد المحسوسة إلى المجرات النشطة في المقدمة وسحب الغبار والغاز المكونة للنجوم داخل مجرتنا درب التبانة. وينظر إلى جوارنا المباشر ، النظام الشمسي ، ويرسل صورًا جديرة بالملصق لكوكب المشتري وزحل مليئة بالبيانات العلمية.
الكون المبكر هو المكان الذي أجرى فيه JWST بعضًا من أكثر تحقيقاته إثارة للاهتمام وأحيانًا محيرة. الهدف هو فهم كيفية تشكل الكون المبكر ، وكيف تشكلت المجرات وكيف وصلنا إلى حيث نحن – على كوكب يدور حول نجم في أحد الأذرع الحلزونية لمجرة كبيرة.
قال عالم الفيزياء الفلكية النظري براندت روبرتسون من جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز: “وطننا هو درب التبانة”. “إنها مجرة. إنها كوكبة جميلة. يمكننا التقاط الصور من الداخل. لكن هذا يطرح السؤال: كيف وصلت إلى هنا؟ كيف حدث ذلك؟ “
هذا هو علم الآثار الكوني الذي بني عليه في المقام الأول. من السمات الغريبة للكون أن الضوء أبدي. إنه يتلاشى ، لكنه لا يزال موجودًا ، بما في ذلك أقدم ضوء ، تحول بشكل كبير إلى جزء الأشعة تحت الحمراء من الطيف من خلال توسع الفضاء الذي حدث بعد الانفجار العظيم. يمكن لعلماء الفيزياء الفلكية إجراء المزيد من المسح باستخدام JWST المجرات ذات الانزياح الأحمر العالي تتعمق أكثر في الماضي.
شارك روبرتسون في تأليف إحدى ورقتين حديثتين تصفها تم تسمية المجرة الأبعد التي تم اكتشافها وتأكيدها بواسطة JWST باسم JADES-GS-Z13-0. تم اكتشافه عند الانزياح الأحمر 13.2 ، والذي يتوافق مع حوالي 320 مليون سنة بعد الانفجار العظيم. وقال إن هناك ادعاءات باحتمال وجود مجرات في انزياح أحمر أعلى ، لكنها تنتظر التأكيد.
عندما سئل كيف تبدو المجرة ، قال ، “إنها نقطة.”
ولكن ماذا لو تمكنت بطريقة ما من ركوب مركبة فضائية ، وتنقل نفسك عبر ثقوب دودية مختلفة إلى الماضي البعيد ، وتدور بجوار تلك المجرة. ثم كيف سيبدو؟
قال روبرتسون: “إذا أمكنك أن تكون بجوارها مباشرة ، فستكون المجرة زرقاء جدًا لعينيك لأنها تصنع النجوم”. “سيكون لونها أزرق شديد السطوع في بداية الكون.”
لغز حول العصور المبكرة
الآن ، وجد علماء الفلك الذين ينظرون إلى بيانات JWST للكون المبكر شيئًا يتحدى التوقعات: الكثير المجرات الساطعة المختلفة.
اللمعان هو تقريب للكتلة. لذلك ، تعتبر المجرات الأكثر سطوعًا بشكل عام هي الأكثر ضخامة. لكن المجرات تستغرق وقتًا لتنمو. لقد طور المنظرون سابقًا جدولًا زمنيًا عامًا لتطور المجرات المبكرة ، وتلك التي اكتشفها JWST تبدو للوهلة الأولى أنها ناضجة بشكل ملحوظ بالنسبة لأعمارها.
قد يخبر JWST العلماء أن تكوين المجرات في الكون المبكر كان بطريقة ما أكثر كفاءة مما كان معروفًا في السابق.
وقال: “علينا إجراء بعض التعديلات على نظرياتنا حول كيفية تشكل تلك المجرات المبكرة ونمو نجومها”. جيهان كورتالدب ، عالم الفيزياء الفلكية في معهد روتشستر للتكنولوجيا.
قال ريجبي: “لا شيء رأيناه يجعلنا نعتقد أننا اخترقنا علم الكونيات”. “ما يخبرنا ذلك هو أن المجرات اندمجت في وقت أبكر مما أعطيناهم الفضل في أفعالهم.”
بالنسبة لأولئك منا الذين ليسوا علماء فيزياء فلكية ، قد تكون الثقوب السوداء عاملاً آخر في لمعان تلك المجرات المبكرة. على الرغم من أن الثقب الأسود ، بحكم تعريفه ، هو نظام به مجال جاذبية كثيف لا يستطيع حتى الضوء الهروب منه ، فإن المنطقة المحيطة بالثقب الأسود تتوهج مع ارتفاع درجة حرارة الغاز والغبار وتسقط باتجاه أفق الحدث.
في العام الماضي ، لاحظت ريبيكا لارسون ، التي كانت آنذاك طالبة دكتوراه في جامعة تكساس في أوستن ، شيئًا غريبًا. عندما قام بفحص البيانات من أبعد مجرة تسمى CEERS 1019. الضوء – قبل 13 مليار سنة – عندما كان الكون يتدحرج ، وكانت المجرات صغيرة ، ذات شكل غريب من النجوم الساخنة ، الشابة ، الزرقاء الساطعة.
كان لارسون في حيرة من الضوء الساطع غير المعتاد القادم من مركز CEERS 1019. “يا لها من قسوة؟” فكرت.
لقد خمنت ذلك – بشكل صحيح – على أنه ثقب أسود هائل. نجحت المجرة ، على الرغم من صغر سنها ، في تكوين ثقب أسود يقدر العلماء أن كتلته تساوي 10 ملايين شمس. يصفه تقرير لارسن وزملاؤه بأنه أول ثقب أسود فائق الكتلة يتم اكتشافه على الإطلاق.
متحمس بشأن الكواكب الخارجية
في العام الماضي ، بدأت تُظهر أن كوكب جيمس ويب الفضائي هو “مركز طيفي قوي” ، على حد تعبير عالم الفيزياء الفلكية جارث إلينجورث. لقد ثبت أنه مذهل في التقاط أطياف الضوء التي يجمعها ، والتي تحتوي على معلومات حول الكائن الذي يتم ملاحظته.
أسفرت هذه القدرة عن أحد الاكتشافات الرئيسية الأولى للتلسكوب: ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لكوكب عملاق ، WASP 39b ، يدور حول نجم بعيد. الكوكب نفسه غير مرئي بالتكنولوجيا الحالية. ولكن أثناء مروره أمام نجمه الأم أو خلفه ، فإن التغييرات في ضوء النجوم تشفر معلومات حول الغلاف الجوي للكوكب.
قالت عالمة الفيزياء الفلكية في ناسا ، نيكول كولون ، إنه حتى توقيت JWST ، لم يكتشف أحد بشكل موثوق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية.
وقال: “لقد رأينا التوقيع الطيفي لهذه الميزة لأول مرة ، وكان جميلًا”. “لقد أصابتنا على وجوهنا. وهذه إشارة مذهلة ، كانت رائعة.
لكي نكون واضحين ، ينظر العلماء الذين يبحثون في الأطياف إلى عروض رسومية للبيانات ، وليس الصور الفعلية. لقد تأثر لارسون ، الذي اكتشف الثقب الأسود فائق الكتلة ، بالتصوير الطيفي لمنطقة مركزية ساطعة في تلك المجرة لدرجة أنه ، على حد تعبيره ، “لم أعتقد مطلقًا أنني سأرى صورًا حقيقية من JWST.”
عندها أظهر لها كورتالدب صورة الكوكبة من خلال التلسكوب. والمثير للدهشة أن المجرة تحتوي على ثلاث نقاط مضيئة ، مع وجود بقعة مضيئة في المنتصف. هذا هو أكبر ثقب أسود في لارسون.
قالت: “بدأت في البكاء”.
“متعصب للموسيقى. مستكشف متواضع جدا. محلل. متعصب للسفر. مدرس تلفزيوني متطرف. لاعب.”