دو هفته بعد، تلسکوپ فضایی وب در حال تغییر شکل نجوم است

به محض اینکه پرزیدنت بایدن رونمایی کرد اولین تصویر از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) در 11 جولای، ماسیمو پاسکال و تیم او وارد عمل شد.

پاسکال، یک اخترفیزیکدان در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، و 14 همکار، وظایف خود را با یکدیگر هماهنگ کردند. این تصویر هزاران کهکشان را در قسمتی از آسمان به اندازه یک خار نشان می دهد که برخی از آنها با خم شدن نور آنها به دور یک خوشه مرکزی از کهکشان ها بزرگ شده اند. تیم برای بررسی دقیق تصویر، به امید انتشار اولین مقاله علمی JWST، دست به کار شد. پاسکال گفت: «ما بی وقفه کار کردیم. "مثل یک اتاق فرار بود."

سه روز بعد، فقط چند دقیقه قبل از ضرب‌الاجل روزانه در arxiv.org، سروری که دانشمندان می‌توانند نسخه‌های اولیه مقالات را بارگذاری کنند. تحقیقات خود را ارائه کردند. پاسکال گفت: آنها با 13 ثانیه اول شدن را از دست دادند، "که بسیار خنده دار بود."

La پیروز, گیوم مالر در دانشگاه دورهام در بریتانیا و همکارانش، همان اولین تصویر JWST را تجزیه و تحلیل کردند. مالر گفت: «اینکه بتوانم این داده‌های شگفت‌انگیز را بگیرم و آن‌ها را منتشر کنیم، بسیار لذت بخش بود. "اگر می توانیم سریع انجام دهیم، چرا باید صبر کنیم؟"

همانطور که مالر آن را «رقابت سالم» می‌نامد، چند روز پس از اینکه دانشمندان شروع به دریافت داده‌هایی از این مگا تلسکوپ حسگر فروسرخ کردند، حجم عظیمی از علم را برجسته می‌کند.

طلوع زمان

یکی از توانایی های JWST که بسیار تبلیغ می شود، قدرت نگاه کردن به گذشته به جهان اولیه و دیدن برخی از اولین کهکشان ها و ستارگان است. در حال حاضر، این تلسکوپ - که در روز کریسمس 2021 پرتاب شد و اکنون در 1.5 میلیون کیلومتری زمین قرار دارد - دورترین و قدیمی ترین کهکشان شناخته شده را مشاهده کرده است.

دو تیم کهکشان را زمانی پیدا کردند که مشاهدات JWST را برای بررسی GLASS، یکی از بیش از 200 مورد، به طور جداگانه تجزیه و تحلیل کردند. برنامه های علمی برای اولین سال حضور این تلسکوپ در فضا برنامه ریزی شده است. هر دو تیم، یکی رهبری کرد by روهان نایدو در مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونیان در ماساچوست و دیگر by مارکو کاستلانو در رصدخانه نجوم رم، دو کهکشان مخصوصاً دور را در داده‌ها شناسایی کرد: یکی آنقدر دور که JWST نوری را که 400 میلیون سال پس از انفجار بزرگ ساطع کرده بود را تشخیص می‌دهد (یک پیوند با قدیمی‌ترین کهکشانی که تلسکوپ فضایی هابل تا به حال دیده است). و دیگری به نام GLASS-z13 که 300 میلیون سال پس از انفجار بزرگ ظاهر شد. کاستلانو گفت: "این دورترین کهکشانی است که تا به حال پیدا شده است."

هر دو کهکشان بسیار کوچک به نظر می‌رسند، شاید 100 برابر کوچک‌تر از کهکشان راه شیری، با این حال نرخ‌های شگفت‌انگیزی از شکل‌گیری ستارگان را نشان می‌دهند و در حال حاضر دارای 1 میلیارد برابر جرم خورشید ما هستند - بیش از حد انتظار برای کهکشان‌هایی به این جوان. یکی از کهکشان های جوان حتی شواهدی از ساختار دیسک مانند را نشان می دهد. مطالعات بیشتری برای جدا کردن نور آنها انجام خواهد شد تا ویژگی های آنها را جمع آوری کنیم.

یکی دیگر از برنامه های جهان اولیه نیز "کهکشان های بسیار دور" را پیدا کرده است ربکا لارسون، ستاره شناس دانشگاه تگزاس، آستین و یکی از اعضای نظرسنجی علوم انتشار زودهنگام تکامل کیهانی (CEERS). تنها چند هفته پس از این بررسی، این تیم تعداد انگشت شماری کهکشان را از 500 میلیون سال اول جهان جمع آوری کرده است، اگرچه لارسون و همکارانش هنوز یافته های دقیق خود را منتشر نکرده اند. او گفت: «این بهتر از چیزی است که تصور می‌کردم و این تنها آغاز است.

کهکشان های اولیه بیشتری در تصویر خوشه کهکشانی که پرزیدنت بایدن ارائه کرده و پاسکال و مالر آن را مطالعه کرده اند پنهان می شوند. تماس گرفت SMACS 0723، این خوشه آنقدر سنگین است که نور اجسام دورتر را خم می کند و آنها را در معرض دید قرار می دهد. پاسکال و مالر تا 16 کهکشان دورافتاده را پیدا کردند که در تصویر بزرگ‌نمایی شده‌اند. سن دقیق آنها هنوز مشخص نیست.

این تلسکوپ نگاه دقیق‌تری به یک کهکشان دوردست در تصویر انداخت، لکه‌ای از نور که قدمت آن به ۷۰۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ بازمی‌گردد. JWST با طیف‌نگار خود، عناصر سنگین، به‌ویژه اکسیژن را در کهکشان شناسایی کرد. اکنون دانشمندان امیدوارند که تلسکوپ عدم وجود عناصر سنگین را در کهکشان‌های قبلی پیدا کند - شواهدی مبنی بر اینکه این کهکشان‌ها فقط حاوی ستاره های جمعیت IIIاولین ستارگان فرضی در جهان، تصور می‌شود که به طرز وحشتناکی عظیم بوده و تماماً از هیدروژن و هلیوم ساخته شده‌اند. (فقط زمانی که آن ستارگان منفجر شدند، عناصر سنگین تری مانند اکسیژن تولید کردند و به کیهان پرتاب کردند.)

اندی بونکر، اخترفیزیکدان دانشگاه آکسفورد، می گوید: «ما به دنبال کهکشان هایی هستیم که در آن هیچ عنصر سنگینی مشاهده نکنیم. این ممکن است یک تفنگ دود کننده برای اولین نسل از ستارگان باشد که از هیدروژن و هلیوم اولیه تشکیل شده اند. از نظر تئوری باید وجود داشته باشند. این بستگی دارد که آیا آنها به اندازه کافی روشن هستند.

ساختار کهکشانی

برای دانشمندانی که به دنبال درک ساختار کهکشان‌ها و چگونگی شکل‌گیری ستاره‌ها در آنها هستند، JWST داده‌های تاثیرگذاری را ارائه کرده است.

یکی از برنامه های مشاهده کننده، به رهبری جانیس لی در NOIRLab بنیاد ملی علوم در آریزونا، به دنبال مکان‌های جوان تشکیل ستاره در کهکشان‌ها می‌گردد. JWST از طرف تیم لی، کهکشانی را در فاصله 24 میلیون سال نوری از ما به نام NGC 7496 رصد کرد که نواحی ستاره‌زایی جوان آن تاکنون در تاریکی پوشیده شده است. ابزار هابل قادر به نفوذ به غبار غلیظ و گازی که این مناطق را احاطه کرده است، نبود. با این حال، JWST می‌تواند نور فروسرخ را ببیند که از گرد و غبار منعکس می‌شود و به تلسکوپ اجازه می‌دهد تا نزدیک به لحظه‌هایی که ستاره‌ها روشن می‌شوند و همجوشی هسته‌ای در هسته‌های آنها مشتعل می‌شود، کاوش کند. لی گفت: «گرد و غبار در واقع در حال روشن شدن است.

او گفت آنچه که قابل توجه ترین است این است که NGC 7496 یک کهکشان معمولی است، "نه یک کهکشان پوستر کودک". با این حال، تحت نظارت JWST، ناگهان زنده می شود و کانال هایی را نشان می دهد که در آن ستاره ها در حال شکل گیری هستند. او گفت: "این فقط خارق العاده است."

در همین حال، جان بارنتین، اخترشناس در شرکت مشاوره حفاظت از آسمان تاریک در آریزونا، در یکی از اولین تصاویر JWST به کشفی عجیب‌تر دست یافت. تصویر این تلسکوپ از سحابی حلقه جنوبی، در فاصله 2,500 سال نوری از زمین، وضوح قابل توجهی را نشان داد. در کنار، یک کهکشان جذاب که به صورت لبه‌ای دیده می‌شد (نقطه‌ای منحصربفرد برای مطالعه برآمدگی مرکزی کهکشان)، که قبلاً به‌عنوان بخشی از خود سحابی به اشتباه شناسایی می‌شد، نمایان شد.

بارنتین گفت: «ما این دستگاه فوق العاده حساس را داریم که می‌خواهد چیزهایی را که حتی نمی‌دانستیم به دنبالشان هستیم، آشکار کند. «تقریباً در هر تصویری که وب می‌گیرد، ارزش آن را دارد که در پس‌زمینه نگاه کنید.»

نگاهی به ستارگان و سیارات

اهداف کوچکتر نیز در تیررس JWST قرار دارند، از جمله سیارات منظومه شمسی خودمان. مشتری ظاهر شد به مدی باشکوه به عنوان بخشی از اولین دسته از تصاویر، که در نوردهی تنها 75 ثانیه ثبت شده است.

ستاره شناسان می دانند که جو بالایی مشتری صدها درجه گرمتر از جو پایین تر است، اما مطمئن نیستند که چرا. با تشخیص نور مادون قرمز، JWST می‌تواند تابش اتمسفر بالای گرم را ببیند. به صورت یک حلقه قرمز در اطراف سیاره ظاهر می شود. هنریک ملین، دانشمند سیاره‌شناسی در دانشگاه لستر می‌گوید: «ما این لایه را در چند صد کیلومتر بالای عرشه‌های ابر داریم و به دلیل گرم بودن آن می‌درخشد. ما قبلاً هرگز آن را در مقیاس جهانی به این شکل ندیده بودیم. این یک چیز خارق العاده برای دیدن است.»

برنامه ملین قصد دارد در هفته های آینده از JWST برای مطالعه نیروی محرکه این گرمایش جوی استفاده کند.

در تصویر JWST از مشتری، قمر آتشفشانی Io پنهان شده است که با شفق مشتری تعامل دارد - ایجاد یک برآمدگی کوچک در شفق قطبی در پایین آسمان سیاره. ملین گفت: این تصویر «موادی را نشان می‌دهد که از آیو در خطوط میدان مغناطیسی جریان دارد». این اثر قبلا دیده شده است، اما به راحتی توسط JWST و با یک نگاه به این سیاره انتخاب شد.

JWST سیارات را در منظومه های ستاره ای دیگر نیز بررسی می کند. در حال حاضر، این تلسکوپ نگاهی به منظومه معروف TRAPPIST-1 انداخته است، یک ستاره کوتوله قرمز با هفت جهان به اندازه زمین (بعضی از آنها به طور بالقوه قابل سکونت هستند)، اگرچه داده ها هنوز در حال تجزیه و تحلیل هستند. مشاهدات اولیه از سیاره ای کمتر مهمان نواز، "مشتری داغ" به نام WASP-96 b، در مداری فشرده 3.4 روزه به دور ستاره خود منتشر شده است.

JWST بخار آب را در جو سیاره پیدا کرد که شواهدی از وجود آب را تأیید می کند چند روز قبل گزارش شده است by چیما مک گرودر از مرکز هاروارد-اسمیتسونیان و همکارانش که از تلسکوپ زمینی استفاده کردند. اما JWST می‌تواند فراتر برود. با مشاهده نسبت کربن به اکسیژن WASP-96 b، ممکن است بتواند یک معمای گیج کننده در مورد مشتری های داغ را حل کند: چگونه آنها به چنین مدارهای نزدیک به دور ستاره های خود می رسند. اکسیژن بیشتر نشان می دهد که غول گازی در ابتدا دور از ستاره شکل گرفته است که آب می تواند متراکم شود، در حالی که نسبت کربن بالاتر نشان می دهد که همیشه در نزدیکی ستاره بوده است.

در همین حال، JWST ممکن است یک نور موقت را در آسمان مشاهده کرده باشد - یک رویداد کوتاه مدت که به عنوان گذرا شناخته می شود - که در ابتدا برای انجام آن طراحی نشده بود. اخترشناس مایک انجسر و همکارانش در موسسه علمی تلسکوپ فضایی در بالتیمور مریلند (مرکز عملیات JWST)، متوجه یک جسم درخشان شدند که در تصاویر هابل از همان منطقه مشخص نیست. آنها فکر می کنند که این یک ابرنواختر یا ستاره در حال انفجار است که حدود 3 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد - دلیلی بر اینکه تلسکوپ می تواند این رویدادها را پیدا کند.

JWST باید قادر به یافتن ابرنواخترهای بسیار دورتر نیز باشد، که به آن راه دیگری برای خدمت به عنوان کاوشگر جهان اولیه می دهد. همچنین ممکن است ستارگانی را بیابد که توسط سیاهچاله‌های بسیار پرجرم که در مرکز کهکشان‌ها قرار دارند، از هم جدا شده‌اند، چیزی که هیچ تلسکوپ قبلی ندیده است. گفت: "برای اولین بار می‌توانیم به این مناطق بسیار عمیق و تاریک نگاه کنیم." اوری فاکساخترشناس مؤسسه علمی تلسکوپ فضایی که تیم مطالعه گذرا را رهبری می کند.

گذرا، مانند دیگر پدیده های نجومی، قرار است دوباره تعریف شوند. پس از دهه‌ها برنامه‌ریزی و ساخت، JWST به سرعت به آسمان رسید. مسئله اکنون همگامی با رگبار دائمی علم است که از ماشینی به قدری پیچیده و در عین حال بی عیب فرو می آید که تقریباً با این باور که توسط مغز انسان ساخته شده است مخالفت می کند. لارسون گفت: "این کار می کند، و دیوانه کننده است."