Když se podíváme daleko, můžeme se ohlédnout v čase. Tento jednoduchý, ale přesto ohromující fakt umožňuje astronomům pozorovat snímky vesmíru v různých časech a používat je k sestavení složité historie kosmického vývoje. S každým novým dalekohledem, který postavíme, můžeme vidět dál a dříve v historii vesmíru. Vesmírný dalekohled James Webb (JWST) doufá, že se podívá až zpět, když se formovaly první galaxie.
Související obsah
- Seznamte se s nástupcem Hubbla, který se bude časem dívat
Představa, že pozorování odpovídá zpětnému pohledu, je relativně mladá. Vychází z Einsteinovy teorie speciální relativity, která mimo jiné tvrdí, že světlo cestuje rychlostí světla a že nic nejde rychleji. Každodenně téměř nikdy nezažijeme důsledky tohoto konceptu, protože rychlost světla je tak velká (300 000 km / s nebo asi milionkrát rychlejší než tryskové letadlo), takže na tuto „cestovní dobu“ sotva záleží. Zapneme-li světlo nebo nám někdo pošle e-mail z Evropy, vnímáme tyto události (vidíme, že se žárovka rozsvítí nebo přijímá e-mail) jako okamžité, protože cestování trvá jen nepatrnou zlomek sekundy, pokoj nebo dokonce po celé Zemi. Ale v astronomickém měřítku má konečnost rychlosti světla hluboké důsledky.
Slunce je asi 150 miliónů kilometrů daleko, což znamená, že světlo ze slunce trvá asi 8 minut a 20 sekund, než se k nám dostanete. Když se podíváme na slunce, uvidíme obrázek, který je starý 8 minut. Naše nejbližší sousední galaxie, Andromeda, je vzdálena asi 2, 5 milionu světelných let; Když se podíváme na Andromedu, díváme se na to, jak to bylo před 2, 5 miliony let. To může znít jako hodně na lidských časových škálách, ale je to opravdu krátká doba, pokud jde o galaxie; náš „zastaralý“ obrázek je pravděpodobně stále dobrým obrazem toho, jak dnes vypadá Andromeda. Avšak naprostá rozlehlost vesmíru zajišťuje, že v mnoha případech záleží na době cestování světla. Podíváme-li se na galaxii vzdálenou miliardu světelných let, vidíme ji jako před miliardou let, což je dost času na to, aby se galaxie významně změnila.
Tak jak daleko zpět v čase můžeme vidět? Odpověď na tuto otázku závisí na třech různých faktorech. Jedním je skutečnost, že vesmír je „pouze“ 13, 8 miliard let starý, takže se nemůžeme ohlédnout v čase do epochy vzdálenější než na začátku vesmíru, známé jako Velký třesk. Dalším problémem - alespoň pokud se zabýváme astrofyzikálními objekty, jako jsou galaxie - je to, že potřebujeme něco, na co se musíme podívat. Prvotní vesmír byl opařující polévka elementárních částic. Trvalo nějakou dobu, než se tyto částice ochladily a spojily se s atomy, hvězdami a galaxiemi. Nakonec, i když byly tyto objekty na místě, jejich vidění ze Země mnoho miliard let poté vyžaduje extrémně výkonné dalekohledy. Jas fyzických zdrojů se vzdáleností rychle klesá a pokusit se spatřit galaxii ve vzdálenosti 1 miliardy světelných let je stejně náročné jako pokusit se najít světlomet automobilu ve vzdálenosti asi 60 000 mil. Pokus o nalezení stejné galaxie ve vzdálenosti 10 miliard světelných let je 100krát těžší.
Doposud to byl hnací faktor při omezování vzdálenosti k nejvzdálenějším galaxiím, které můžeme vidět. Až do 80. let byly všechny naše dalekohledy založeny na zemi, kde jejich atmosféra a světelné znečištění bránily jejich výkonu. Přesto jsme si už byli vědomi galaxií vzdálených více než 5 miliard světelných let. Spuštění Hubbleova kosmického dalekohledu v roce 1990 nám umožnilo mnohokrát rozbít tento záznam vzdálenosti, a jak píšu, nejzazší známá galaxie se v minulosti ohromila o 13, 4 miliard let.
JWST použije infračervené světlo ke studiu každé fáze kosmické historie, od prvních světelných paprsků po Velkém třesku až po vytvoření hvězdných systémů schopných podporovat život na planetách, jako je Země. (NASA) To nás přivádí k jednomu z klíčových problémů moderní astronomie: jaké vlastnosti těchto vzdálených galaxií můžeme skutečně měřit? Zatímco pozorování blízkých galaxií ukazuje jejich tvary a barvy velmi podrobně, často je jediným informacím, které můžeme shromažďovat o nejvzdálenějších galaxiích, jejich celková jasnost. Když se na ně podíváme pomocí dalekohledů, které jsou citlivé na frekvence světla mimo viditelný rozsah, jako jsou ultrafialové, rádiové a infračervené záření, můžeme odhalit stopy o hvězdných populacích galaxie a také o její vzdálenosti od nás.
Pozorováním galaxií na tolika různých frekvencích, jak je to možné, můžeme vytvořit spektrum, které ukazuje, jak jasná je galaxie v každém typu světla. Protože se vesmír rozšiřuje, elektromagnetické vlny, které jsou detekovány našimi dalekohledy, byly roztaženy podél cesty, a tak se stává, že množství roztažení ve spektrech je úměrné vzdálenosti galaxie od nás. Tento vztah, nazývaný Hubbleův zákon, nám umožňuje měřit, jak daleko jsou tyto galaxie. Spektra může také odhalit další vlastnosti, jako je celkové množství hmoty ve hvězdách, rychlost, jakou galaxie tvoří hvězdy a věk hvězdných populací.
Teprve před několika měsíci tým astronomů z USA a Evropy použil pozorování z Hubbleova kosmického dalekohledu a infračerveného kosmického dalekohledu Spitzer k objevení nejvzdálenější galaxie, která byla dosud známa, GN-z11. Zjištěno pouze 400 milionů let po Velkém třesku („když byl vesmír jen 3 procenta jeho současného věku“, podle hlavního vyšetřovatele Pascala Oesche), má dohromady jednu miliardu sluncí dohromady, asi 1/25 našeho vlastního Mléčná dráha.
GN-z11 tvoří hvězdy asi 20krát rychleji, s pozoruhodnou rychlostí 25 nových sluncí ročně. "Je úžasné, že tak masivní galaxie existovala pouhých 200 až 300 milionů let poté, co se začaly formovat první hvězdy." Vytvoření galaxie, která je miliardou solárních hmot, vyžaduje tak rychle růst, obrovskou rychlostí, “vysvětluje Garth Illingworth, další vyšetřovatel objevovacího týmu.
Existence takového masivního objektu v tak rané době se střetává se současnými scénáři kosmického shromáždění a představuje nové výzvy pro vědce, kteří pracují na modelování formování a vývoje galaxií. "Tento nový objev ukazuje, že dalekohled Webb (JWST) jistě najde mnoho takových mladých galaxií sahajících až do doby, kdy se formovaly první galaxie, " říká Illingworth.
JWST je naplánováno na spuštění v roce 2018 a obíhá kolem systému Slunce / Země ze zvláštního místa vzdáleného 900 000 mil od nás. Stejně jako Hubble bude i JWST nést několik nástrojů, včetně výkonných kamer a spektrografů, ale bude mít zvýšenou citlivost: jeho primární zrcadlo bude téměř sedmkrát větší a jeho frekvenční rozsah se rozšíří mnohem dále do infračervené oblasti. Různý rozsah frekvencí umožní JWST detekovat spektra s větším roztažením, které patří k dalším objektům. Bude mít také jedinečnou schopnost přijímat spektra 100 objektů současně. S JWST očekáváme posunutí distanční bariéry ještě dále, do epochy pouhých 150 miliónů let po Velkém třesku a objevení prvních galaxií, které se kdy vytvořily. JWST nám pomůže pochopit, jak se mění tvary galaxií v čase a jaké faktory ovlivňují interakce a fúze galaxií.
Ale JWST se nejen podívá na galaxie. Když se podíváme do vesmíru v infračerveném světle, budeme schopni vidět skrz husté záclony prachu, které obklopují nově narozené hvězdy a planety, a poskytovat tak okno na formování dalších solárních systémů. Navíc speciální nástroje zvané koronografy umožní zobrazení planet kolem jiných hvězd a doufejme povedou k objevu několika planet podobných Zemi, které jsou schopné hostit život. Pro každého, kdo se kdy podíval na oblohu a přemýšlel, co je tam venku, bude příští desetiletí velmi vzrušující čas.
