حالما كشف الرئيس بايدن الصورة الأولى من تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) في 11 يوليو ، ماسيمو باسكال واندفع فريقه للعمل.
بالتنسيق مع سلاك ، قام باسكال ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، و 14 متعاونًا بتقسيم المهام. أظهرت الصورة آلاف المجرات في جزء صغير الحجم من السماء ، بعضها مكبّر مع انحناء ضوءها حول مجموعة مركزية من المجرات. شرع الفريق في فحص الصورة ، على أمل نشر أول ورقة علمية عن JWST. قالت باسكال: "لقد عملنا بلا توقف". "كانت مثل غرفة الهروب."
بعد ثلاثة أيام ، قبل دقائق فقط من الموعد النهائي اليومي على arxiv.org ، الخادم حيث يمكن للعلماء تحميل نسخ مبكرة من الأوراق ، الفريق قدم أبحاثهم. قال باسكال ، لقد فاتهم أن يكونوا في المرتبة الأولى بـ13 ثانية ، "وهو أمر مضحك للغاية".
• المنتصرون, غيوم مالر في جامعة دورهام بالمملكة المتحدة وزملاؤه ، حللوا نفس صورة JWST الأولى. قال ماهلر: "كان من دواعي سروري أن أكون قادرًا على أخذ هذه البيانات المذهلة ونشرها". "إذا تمكنا من القيام بذلك بسرعة ، فلماذا ننتظر؟"
تسلط "المنافسة الصحية" ، كما يسميها ماهلر ، الضوء على الحجم الهائل للعلم الذي يأتي بالفعل من JWST ، بعد أيام من بدء العلماء في تلقي البيانات من التلسكوب الضخم الذي طال انتظاره والمستشعر بالأشعة تحت الحمراء.
فجر الزمن
إحدى قدرات JWST التي تم الترويج لها كثيرًا هي القدرة على النظر إلى الوراء بالزمن إلى الكون المبكر ورؤية بعض المجرات والنجوم الأولى. بالفعل ، التلسكوب - الذي تم إطلاقه في يوم عيد الميلاد عام 2021 ويقع الآن على بعد 1.5 مليون كيلومتر من الأرض - قد اكتشف أقرب مجرة معروفة.
عثر فريقان على المجرة عندما حللا بشكل منفصل ملاحظات JWST لمسح GLASS ، واحد من أكثر من 200 برامج العلوم المقرر في السنة الأولى للتلسكوب في الفضاء. كلا الفريقين، قاد واحد by روهان نايدو في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في ماساتشوستس و الآخر by ماركو كاستيلانو في المرصد الفلكي لروما ، حددت مجرتان بعيدتان بشكل خاص في البيانات: واحدة بعيدة جدًا لدرجة أن JWST يكتشف الضوء الذي أطلقه بعد 400 مليون سنة من الانفجار العظيم (رابط مع أقدم مجرة رآها تلسكوب هابل الفضائي) ، والآخر ، أطلق عليه اسم GLASS-z13 ، وقد ظهر بعد 300 مليون سنة من الانفجار العظيم. قال كاستيلانو: "ستكون المجرة الأبعد التي تم العثور عليها على الإطلاق".
تبدو كلتا المجرتين صغيرتين للغاية ، ربما أصغر بمئة مرة من مجرة درب التبانة ، إلا أنهما تظهران معدلات مذهلة لتكوين النجوم وتحتويان بالفعل على مليار ضعف كتلة شمسنا - أكثر مما كان متوقعًا للمجرات في هذه المرحلة الفتية. حتى أن إحدى المجرات الفتية تظهر دليلاً على بنية تشبه القرص. سيتم إجراء المزيد من الدراسات لتفكيك الضوء لاستخلاص خصائصها.
كما كشف برنامج آخر للكون المبكر عن "مجرات بعيدة بشكل لا يصدق" ريبيكا لارسون، عالم فلك في جامعة تكساس ، أوستن وعضو في مسح التطور الكوني لعلوم الإطلاق المبكر (CEERS). بعد أسابيع فقط من المسح ، حصل الفريق على حفنة من المجرات من أول 500 مليون سنة للكون ، على الرغم من أن لارسون وزملاؤها لم يصدروا نتائجهم الدقيقة بعد. قالت "إنه أفضل مما كنت أتخيل وهي البداية فقط".
المزيد من المجرات المبكرة تختبئ في صورة العنقود المجري التي قدمها الرئيس بايدن ودرسها باسكال وماهلر. اتصل سماكس 0723، فإن الكتلة ثقيلة جدًا لدرجة أنها تنحني ضوء الأشياء البعيدة ، مما يجعلها مرئية. اكتشف باسكال وماهلر ما يصل إلى 16 مجرة بعيدة تم تكبيرها في الصورة ؛ لم يتم التعرف على أعمارهم بالضبط.
ألقى التلسكوب نظرة فاحصة على مجرة واحدة بعيدة في الصورة ، لطخة من الضوء تعود إلى 700 مليون سنة بعد الانفجار العظيم. باستخدام مقياس الطيف ، اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي العناصر الثقيلة ، وخاصة الأكسجين ، في المجرة. يأمل العلماء الآن أن يجد التلسكوب نقصًا في العناصر الثقيلة في المجرات الأقدم - دليل على أن هذه المجرات تحتوي فقط نجوم السكان الثالث، النجوم الأولى المفترضة في الكون ، يعتقد أنها كانت ضخمة للغاية ومصنوعة بالكامل من الهيدروجين والهيليوم. (فقط عندما انفجرت تلك النجوم ، صاغوا عناصر أثقل مثل الأكسجين وقذفوها في الكون).
قال آندي بنكر ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة أكسفورد: "نبحث عن مجرات لا نرى فيها عناصر ثقيلة". "قد يكون هذا مدفعًا قويًا للجيل الأول من النجوم المتكونة من الهيدروجين والهيليوم البدائيين. من الناحية النظرية يجب أن تكون موجودة. يعتمد الأمر على ما إذا كانت مشرقة بدرجة كافية ".
هيكل المجرة
بالنسبة للعلماء الذين يسعون إلى فهم بنية المجرات وكيف تتشكل النجوم داخلها ، قدم JWST بالفعل بيانات مؤثرة.
برنامج مراقبة واحد بقيادة جانيس لي في NOIRLab التابع لمؤسسة العلوم الوطنية في ولاية أريزونا ، يبحث عن مواقع حديثة لتشكيل النجوم في المجرات. نيابة عن فريق لي ، رصد JWST مجرة على بعد 24 مليون سنة ضوئية تسمى NGC 7496 ، والتي كانت مناطق تشكل النجوم الفتية فيها حتى الآن محاطة بالظلام. لم تكن أدوات هابل قادرة على اختراق الغبار الكثيف والغاز الذي يحيط بهذه المناطق. ومع ذلك ، يمكن لـ JWST رؤية ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي يرتد عن الغبار ، مما يسمح للتلسكوب بالتحقيق بالقرب من اللحظات التي كانت فيها النجوم تعمل واندماج الاندماج النووي في نواتها. قال لي: "الغبار يضيء بالفعل".
وقالت إن الأمر الأكثر لفتًا للنظر هو أن NGC 7496 هي مجرة عادية ، "وليست مجرة طفل ملصق." ومع ذلك ، وتحت العين الساهرة لـ JWST ، تظهر الحياة فجأة وتكشف عن القنوات التي تتشكل فيها النجوم. قالت "إنها مجرد ظاهرة".
في هذه الأثناء ، قام جون بارينتين ، عالم الفلك في شركة دارك سكاي كونسلتنج للحفاظ على السماء المظلمة في أريزونا ، باكتشاف أكثر صدفة في واحدة من أولى صور JWST. أظهرت صورة التلسكوب للسديم الدائري الجنوبي ، على بعد 2,500 سنة ضوئية من الأرض ، وضوحًا ملحوظًا. بعيدًا عن الجانب ، تم عرض مجرة مثيرة للاهتمام من الحافة (نقطة مميزة لدراسة الانتفاخ المركزي للمجرة) ، والتي تم تحديدها بشكل خاطئ سابقًا كجزء من السديم نفسه ، مطروحة للعيان.
قال بارينتين: "لدينا هذه الآلة الحساسة بشكل رائع والتي ستكشف مصادفة عن أشياء لم نكن نعلم أننا نبحث عنها". "في كل صورة يلتقطها ويب تقريبًا ، يجدر البحث في الخلفية."
عين على النجوم والكواكب
توجد أهداف أصغر في تقاطع JWST أيضًا ، بما في ذلك كواكب نظامنا الشمسي. ظهر كوكب المشتري بطريقة رائعة كجزء من الدفعة الأولى من الصور ، تم التقاطها بتعريض لمدة 75 ثانية فقط.
يعرف علماء الفلك أن الغلاف الجوي العلوي للمشتري أسخن بمئات الدرجات من الغلاف الجوي السفلي ، لكنهم غير متأكدين من السبب. من خلال الكشف عن ضوء الأشعة تحت الحمراء ، يمكن لـ JWST رؤية تسخين الغلاف الجوي العلوي ؛ يبدو كحلقة حمراء حول الكوكب. قال هنريك ميلين ، عالم الكواكب بجامعة ليستر: "لدينا هذه الطبقة على بعد بضع مئات من الكيلومترات فوق سطح السحب ، وهي متوهجة لأنها ساخنة". لم نشهد مثل هذا من قبل على نطاق عالمي. هذا شيء غير عادي يمكن رؤيته ".
برنامج ميلين تخطط لاستخدام JWST في الأسابيع المقبلة لدراسة القوة الدافعة وراء هذا التسخين الجوي.
يختبئ في صورة JWST للمشتري القمر البركاني Io الذي يتفاعل مع الشفق القطبي للمشتري - مما يخلق نتوءًا صغيرًا في الشفق القطبي المنخفض في سماء الكوكب. قال ميلين إن الصورة تكشف عن "مادة قادمة من آيو تتدفق عبر خطوط المجال المغناطيسي". وقد شوهد التأثير من قبل، ولكن تم اختياره بسهولة بواسطة JWST بمجرد نظرة سريعة على الكوكب.
يقوم JWST بفحص الكواكب في أنظمة النجوم الأخرى أيضًا. بالفعل ، ألقى التلسكوب نظرة خاطفة على نظام TRAPPIST-1 الشهير ، وهو نجم قزم أحمر له سبعة عوالم بحجم الأرض (بعضها قابل للسكنى) ، على الرغم من أن البيانات لا تزال قيد التحليل. تم إطلاق الملاحظات المبكرة لكوكب غير مضياف ، "كوكب المشتري الساخن" يسمى WASP-96 b ، في مدار ضيق مدته 3.4 أيام حول نجمه.
اكتشف JWST بخار الماء في الغلاف الجوي للكوكب ، مما يؤكد الدليل على وجود الماء ذكرت قبل أيام by شيما ماكجرودر من مركز هارفارد سميثسونيان وزملائه الذين استخدموا تلسكوبًا أرضيًا. لكن يمكن لـ JWST الذهاب إلى أبعد من ذلك ؛ من خلال مراقبة نسبة الكربون إلى الأكسجين في WASP-96 b ، قد يكون قادرًا على حل لغز محير حول كواكب المشتري الساخنة: كيف يصلون إلى مثل هذه المدارات القريبة حول نجومهم. يشير المزيد من الأكسجين إلى أن عملاق الغاز قد تشكل في البداية بعيدًا عن النجم حيث يمكن أن يتكثف الماء ، بينما تشير نسبة الكربون الأعلى إلى أنه كان قريبًا دائمًا.
في هذه الأثناء ، ربما يكون JWST قد رصد ضوءًا مؤقتًا في السماء - حدث قصير العمر يُعرف باسم عابر - وهو ما لم يكن مصممًا في البداية للقيام به. لاحظ عالم الفلك مايك إنجيسر وزملاؤه في معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور بولاية ماريلاند (مركز عمليات JWST) جسمًا ساطعًا غير ظاهر في صور هابل للمنطقة نفسها. يعتقدون أنه سوبرنوفا ، أو نجم متفجر ، على بعد حوالي 3 مليارات سنة ضوئية - دليل على أن التلسكوب يمكنه العثور على هذه الأحداث.
يجب أن يكون JWST قادرًا أيضًا على العثور على مستعرات أعظم أبعد بكثير ، مما يمنحه طريقة أخرى ليكون بمثابة مسبار للكون المبكر. قد تجد أيضًا النجوم تمزقها الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في مراكز المجرات ، وهو شيء لم يره تلسكوب سابق. قال: "لأول مرة سنكون قادرين على النظر إلى هذه المناطق العميقة والمظلمة للغاية" أوري فوكس، عالم فلك في معهد علوم تلسكوب الفضاء يقود الفريق الذي يدرس العابرين.
تم تعيين العابرين ، مثل الظواهر الفلكية الأخرى ، على إعادة تعريف. بعد عقود من التخطيط والبناء ، ضرب JWST السماء. القضية الآن هي مواكبة وابل العلم المستمر الذي ينزل من آلة معقدة للغاية ولكنها خالية من العيوب ، تكاد تتحدى الاعتقاد بأنها بنيت بواسطة أدمغة بشرية. قال لارسون: "إنها تعمل ، وهي مجنونة".
