JWST: Υπέρυθρα Μάτια στο Σύμπαν

«Είναι στο υπέρυθρο! Είναι στο υπέρυθρο!», φώναζα στην οθόνη του υπολογιστή μου, καθώς έβλεπα μία μία τις φωτογραφίες από το διαστημικό τηλεσκόπιο JWST να αποκαλύπτονται στην ανθρωπότητα. «Είναι στο υπέρυθρο!»

Κάτσε λίγο… Τα μάτια μας δεν βλέπουν στο υπέρυθρο. Δεν είναι ευαίσθητα στο υπέρυρθο της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Τα μάτια μας έμαθαν, εξελίχθηκαν, να βλέπουν στο οπτικό. Μέσα στο μάτι μας έχουμε κύτταρα σε σχήμα κώνου που λειτουργούν σαν δέκτες ακτινοβολίας. Και είναι φτιαγμένα για να ανιχνεύουν μήκη κύματος στο οπτικό του φάσματος.

Άλλα μήκη κύματος, πιο μεγάλα ή πιο μικρά, δεν τα ανιχνεύουν τα μάτια μας. Έτσι, για να μπορέσουμε να δούμε αυτά τα ωραία χρώματα στις φωτογραφίες από το JWST, οι αστροφυσικοί τις χρωματίζουν με ψευδοχρώμα (false colour). Και τι υπέροχες φωτογραφίες!

Δεν ξέρω για εσάς, τα δικά μου social media είναι γεμάτα με αστρονομικές φωτογραφίες. Λατρεύω όταν η αστροφυσική μπαίνει με τόσο ωραίο τρόπο στην καθημερινότητα. Το JWST, η διεθνής αυτή συνεργασία (NASA, ESA, CSA – 14 χώρες, 20.000 άτομα), έδωσε στη δημοσιότητα ένα δείγμα φωτογραφιών από το σύμπαν μας, με σκοπό να μας δείξει τις δυνατότητες του νέου καταπληκτικού διαστημικού τηλεσκοπίου.

Η διακριτική ικανότητα του JWST –στο να ξεχωρίσεις δύο αντικείμενα το ένα από το άλλο– είναι 100 φορές πιο καλή σε σχέση με το Hubble Space Telescope. Θα απαντήσει ερωτήματα που καλύπτουν ένα τεράστιο εύρος θεμάτων στην αστροφυσική και θα μας βοηθήσει να ανακαλύψουμε πράγματα που δεν έχουμε ξαναδεί.

Διαστημικό Τηλεσκόπιο JWST

Τι είναι όμως το διαστημικό τηλεσκόπιο υπέρυθρου JWST; Είναι ένα υπέροχο τεχνολογικό επίτευγμα. Το μεγαλύτερο διαστημικό τηλεσκόπιο. Εκτοξεύτηκε στο διάστημα τον Δεκέμβριο του 2021 και πήγε σε μια σταθερή τροχιά γύρω από τη Γη, το σημείο L2, αντιδιαμετρικά από τον Ήλιο. Εκεί μπορεί να παρατηρεί το εγγύς και μακρινό σύμπαν με τα υπέρυθρα μάτια του, χωρίς να ζεσταίνεται και πολύ. Έχει και κάτι φοβερές ασπίδες για να κρατάει το τηλεσκόπιο κρύο ώστε να μπορεί να λειτουργεί σωστά.

Έχει κάτοπτρο 6,5 μέτρων και όργανα φτιαγμένα να παρατηρούν στο υπέρυθρο, σε διαφορά μήκη κύματος, να βγάζουν φωτογραφίες (φωτομετρία: NIRCam, MIRI) και να καταγράφουν το φάσμα (NIRSpec) από τα αντικείμενα που παρατηρούν.

Υπάρχει και το FGS/NIRISS, που καθοδηγεί τις παρατηρήσεις και μπορεί να κάνει και φωτομετρία/φασματοσκοπία. Το JWST βλέπει από τα 0,8 μέχρι τα 30 μικρόμετρα (το μάτι μας βλέπει από 0,4 μέχρι 0,7 μικρόμετρα). Τα NIRCam και οι φασματογράφοι παρατηρούν μέχρι τα 5 μικρόμετρα, ενώ το MIRI, το οποίο είναι απλά καταπληκτικό, φτάνει στα 30 μικρόμετρα.

Τι Μάθαμε από Αυτές τις Φωτογραφίες;

Το ευρύ κοινό μαθαίνει –ή ξανα-μαθαίνει– ότι με το να παρατηρούμε στο υπέρυθρο της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας βλέπουμε αντικείμενα πολύ μακριά από εμάς, όταν το Σύμπαν ήταν πολύ νέο.

Είχαμε ξαναδεί φωτογραφίες στο υπέρυθρο από τα διαστημικά τηλεσκόπια IRAS (1983), Spitzer (2003) και Herschel (2009) και στο εγγύς υπέρυρθο και οπτικό με το Hubble (1980). Αλλά η ευκρίνεια των δεδομένων δεν συγκρίνεται. Και το πόσο λίγος χρόνος απαιτείται για να πάρουν μια τόσο υπέροχη φωτογραφία σε σχέση με παλαιότερης γενιάς τηλεσκόπια.

Οι αστροφυσικοί είναι κατενθουσιασμένοι γιατί αυτό το πανάκριβο τηλεσκόπιο άξιζε τα λεφτά του. Στην παγκόσμια συνεργασία COSMOS, στην οποία είμαι μέλος, περιμένουμε εναγωνίως τα δεδομένα από το JWST για το πεδίο COSMOS. Ένα πεδίο σκοτεινό κατά τα άλλα, αλλά με εκατομμύρια γαλαξίες για τους οποίους αποκάλυψε δεδομένα το Hubble. Το Hubble είναι καταπληκτικό πραγματικά!

Αλλά με το υπέρυθρο μπορούμε να μάθουμε τόσο πολλά. Με το οπτικό δεν μπορούμε να δούμε μέσα από τη σκόνη. Οι γαλαξίες αποτελούνται και από σκόνη, εκτός από αστέρια. Λόγω της σκόνης δεν βλέπουμε λεπτομέρειες στο εσωτερικό τους, γιατί τις καλύπτουν. Δεν βλέπουμε καθαρά τις περιοχές όπου δημιουργούνται αστέρια, καθώς και το κέντρο τους. Επίσης, δεν βλέπουμε τα πολύ μακρινά αντικείμενα, στην αρχή του σύμπαντος, όταν άρχισαν να δημιουργούνται οι γαλαξίες και τα αστέρια.

Το JWST παρατηρεί στο υπέρυθρο. Μας βοηθάει να δούμε μέσα από τη σκόνη και να μελετήσουμε με μεγάλη λεπτομέρεια αυτά τα αντικείμενα και από τι αποτελούνται. Επίσης, μας δίνει τη δυνατότητα να βρούμε τους πρώτους γαλαξίες που δημιουργήθηκαν στο σύμπαν και να τους μελετήσουμε, ώστε να καταλάβουμε πώς γεννιούνται και εξελίσσονται οι γαλαξίες.

Φανταστείτε έναν άνθρωπο: ξέρουμε πως γεννιέται, μεγαλώνει και πεθαίνει. Για τους γαλαξίες αυτό είναι ακόμα ένα αναπάντητο ερώτημα. Με το JWST είμαστε ένα βήμα πιο κοντά στο να απαντήσουμε το πώς γεννιούνται στο σύμπαν και να παρατηρήσουμε τους πρώτους που γεννήθηκαν! Και φυσικά, να μελετήσουμε πώς εξελίσσονται οι γαλαξίες.

Αλλά δεν είναι μόνο οι γαλαξίες στο υπέρυθρο μάτι του JWST. Θα μπορέσει να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε πώς δημιουργούνται τα αστέρια και τα αστρικά συστήματα, να ανιχνεύσουμε πλανήτες σαν τη Γη σε αστρικά συστήματα εκτός του δικού μας, ίσως και ίχνη ζωής, να μας βοηθήσει να δούμε τον χώρο μεταξύ των αστέρων και των γαλαξιών και να μελετήσουμε υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες και τους γαλαξίες τους. Θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε το σύμπαν μας καλύτερα και ίσως να ανακαλύψουμε το απρόσμενο.

Οι πρώτες φωτογραφίες από το JWST είναι αντιπροσωπευτικές του σύμπαντος και είχαν σκοπό να τονίσουν τις εκπληκτικές δυνατότητες του τηλεσκοπίου. Δείχνουν περιοχές του ουρανού και αντικείμενα που είναι πολύ γνωστά στους αστροφυσικούς. Δείχνουν αστέρια και νεφελώματα στον δικό μας γαλαξία, κοντινούς και μακρινούς γαλαξίες. Μέχρι και φάσμα από εξωπλανήτη μας έδειξαν!

Ας δούμε λίγο τα αντικείμενα με τη σειρά.

SMACS 0723

Ένα τεράστιο σμήνος γαλαξιών και το πολύ όμορφο φαινόμενο του βαρυτικού φακού. Στο κέντρο βλέπουμε ένα σμήνος γαλαξιών που βρίσκεται κοντά σε εμάς, σε σχέση με τους άλλους γαλαξίες στην εικόνα. Και είναι γεμάτη γαλαξίες!

Τα σμήνη αποτελούνται από χιλιάδες γαλαξίες. Επειδή έχουν τόσο μεγάλη ποσότητα μάζας συγκεντρωμένη σε ένα σημείο, όταν το φως από ένα μακρινό αστέρι ή γαλαξία περάσει δίπλα τους, κάμπτεται. Δεν ταξιδεύει σε ευθεία γραμμή, αλλά σε καμπύλη.

Το αποτέλεσμα είναι να βλέπουμε αυτό τον μακρινό γαλαξία, που βρίσκεται πίσω από το σμήνος, αλλαγμένο, πιο πεπλατυσμένο. Και επίσης, βλέπουμε πολλά είδωλα του ίδιου γαλαξία γύρω και ανάμεσα στο σμήνος. Αυτές οι πορτοκαλί γραμμές στην εικόνα. Ο λόγος που διάλεξαν αυτό το βαθύ πεδίο είναι γιατί ήταν τέλειο για να μας δείξουν τη δυνατότητα του τηλεσκοπίου να παρατηρήσει το μακρινό σύμπαν.

Αυτή η εικόνα δείχνει χιλιάδες γαλαξίες, από κοντινούς μέχρι πολύ μακρινούς, καθώς και αστέρια στον δικό μας γαλαξία. Κάθε γαλαξίας αποτελείται από δισεκατομμύρια αστέρια και από αέριο και σκόνη.

Στη φωτογραφία υπάρχουν και κάποια αντικείμενα που είναι πολύ αμυδρά, δεν φαίνονται πολύ φωτεινά. Αυτά είναι πολύ μακρινά αντικείμενα. Μας έδειξαν ένα από αυτά. Και μέσω μιας τεχνικής που λέγεται φασματοσκόπια, είδαν ποια χημικά στοιχεία υπάρχουν σε αυτό τον γαλαξία.

Από το φάσμα του και τις γραμμές εκπομπής γνωστών χημικών στοιχείων, όπως το τριπλά ιονισμένο οξυγόνο, μέτρησαν την απόσταση αυτού του αντικειμένου από εμάς. Πώς; Από εργαστηριακά πειράματα ξέρουμε σε ποιο μήκος κύματος εκπέμπει κάθε χημικό στοιχείο. Ποια είναι η ενέργειά του. Το φως από ένα αντικείμενο στο σύμπαν ταξιδεύει προς τα εμάς και, καθώς ταξιδεύει, το μήκος κύματός του αλλάζει, μετατοπίζεται προς το ερυθρό.

Γιατί το σύμπαν διαστέλλεται και τα αντικείμενα απομακρύνονται από εμάς. Έτσι, συγκρίνοντας την τιμή, το μήκος κύματος, στο φάσμα του γαλαξία με αυτή γνωστών χημικών στοιχείων και μετρώντας αυτή τη διαφορά, υπολογίζουμε την απόστασή του από εμάς. Το αντικείμενο αυτό βρίσκεται 13,1 δισεκατομμύρια χρόνια μακριά. Όταν το σύμπαν ήταν 600 εκατομμυρίων ετών. Να πούμε ότι το σύμπαν σήμερα είναι 13,7 δισεκατομμυρίων ετών. Το φως, δηλαδή, από αυτόν το γαλαξία έκανε 13,1 δισεκατομμύρια χρόνια να φτάσει σε εμάς!

Southern Ring Nebula

Πραγματικά, η λεπτομέρεια σε αυτή τη φωτογραφία του πλανητικού νεφελώματος είναι συναρπαστική! Και κρύβει και μερικές εκπλήξεις. Να τις δούμε. Ένα πλανητικό νεφέλωμα είναι ένα από τα τελικά στάδια της ζωής ενός αστέρα. Όταν ένα αστέρι κάψει όλα τα χημικά στοιχεία που μπορεί να κάψει, κάνει «μπουμ». Χωρίς πλάκα! Εντάξει, όχι με τον ίδιο τρόπο όπως μια σουπερνόβα. Ένα αστέρι που θα καταλήξει σε πλανητικό νεφέλωμα αποβάλλει, απελευθερώνει, τα ανώτερα στρώματα από τα οποία αποτελείται στο περιβάλλον του.

Στη φωτογραφία αυτή βλέπουμε μοριακό υδρογόνο που φωτίζει τη σκόνη, καθώς και άλλα χημικά στοιχεία που παρατηρούνται στο υπέρυθρο. Και η πρώτη έκπληξη, βλέπουμε όχι 1, αλλά 2 αστέρια στο κέντρο του πλανητικού νεφελώματος. Τα περισσότερα αστρικά συστήματα αποτελούνται όχι από 1, αλλά από 2 αστέρια. Μπορεί και 3.

Η άλλη έκπληξη, στη φωτογραφία, αν ξέρετε να τους ξεχωρίζετε, θα δείτε και μερικούς μακρινούς γαλαξίες. Η διακριτική ικανότητα και ευκρίνεια του JWST είναι εκπληκτική! OK, θα σας πω πού είναι. Στην αριστερή πλευρά του πλανητικού νεφελώματος βλέπουμε έναν γαλαξία από το πλάι του (edge on), που φαίνεται σαν να τραβήξαμε μια γραμμή με στιλό. Εγώ βλέπω και κάνα δυο ακόμα face on. Και άλλους μακρινούς. Εσείς πόσους βλέπετε;

Stephan’s Quintet

Αυτή είναι και η αγαπημένη μου! Ένα σύστημα 5 γαλαξιών που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Σαν να παλεύουν. Ο νικητής τραβάει τη σκόνη και το αέριο που περιέχει ο χαμένος γαλαξίας προς το μέρος του. Έτσι η σκόνη μπορεί να βρίσκεται στον χώρο μεταξύ των γαλαξιών. Και το σχήμα των γαλαξιών να μην είναι τόσο ομοιόμορφο, όπως αυτό του γαλαξία της Ανδρομέδας, αλλά παραμορφωμένο.

Ο λόγος που μας έδειξαν αυτό το σύστημα είναι για να δούμε πώς εξελίσσονται οι γαλαξίες. Βλέπουμε θερμή σκόνη, νέα αστέρια, μακρινούς γαλαξίες στο υπόβαθρο. Βλέπουμε και το κέντρο ενός από τους γαλαξίες (πάνω δεξιά), στον οποίο υπάρχει μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα 24 εκατομμύρια φορές πιο φωτεινή από τον γαλαξία μας.

Χάρη στα διάφορα φίλτρα και στις παρατηρήσεις σε πολλά μήκη κύματος στο υπέρυθρο, μπορούμε να μάθουμε τη χημική σύσταση του αερίου των γαλαξιών αυτών, την ταχύτητα με την οποία κινείται και τη θερμοκρασία του. Πολύ σημαντικές μετρήσεις για να κατανοήσουμε τη δυναμική του συστήματος, πώς αλληλεπιδρούν αυτοί οι γαλαξίες και πώς εξελίσσονται.

Είναι πιο εύκολο να μελετήσουμε με μεγάλη λεπτομέρεια συστήματα που είναι κοντά σε εμάς γιατί μπορούμε να τα δούμε με πολύ μεγάλη λεπτομέρεια. Και αν δεν σας εξέπληξε αυτό, απλά φανταστείτε ότι όλα αυτά τα δεδομένα συλλέχθηκαν μέσα σε μόνο 5 ημέρες! Φανταστείτε πόσο περισσότερα θα μάθουμε στο εγγύς μέλλον και με όλες αυτές τις παρατηρήσεις που έρχονται.

WASP-96 b

Ένας γίγαντας εξωπλανήτης, με μάζα μισή από αυτήν του πλανήτη Δία, που βρίσκεται σε ένα μακρινό αστέρι περίπου 1.100 έτη φωτός από εμάς. Είναι πολύ κοντά στο αστέρι του. Ένα έτος εκεί διαρκεί 3,4 ημέρες! Αποτελείται από αέριο, κυρίως. Μας έδωσαν λοιπόν το φάσμα στο υπέρυθρο ενός εξωπλανήτη. Τον παρατήρησαν μέσω μιας γνωστής τεχνικής. Ο πλανήτης περιφέρεται γύρω από το αστέρι του. Καθώς περιφέρεται, κάποια στιγμή θα περάσει μπροστά από το αστέρι.

Εμείς που παρατηρούμε το αστέρι βλέπουμε ότι η φωτεινότητά του μειώνεται, γιατί κάτι εμποδίζει το φως να έρθει προς τα εμάς. Αυτό το κάτι είναι ο πλανήτης. Παίρνοντας το φάσμα λοιπόν, βλέπουμε τη μείωση στη φωτεινότητα του αστέρα και μπορούμε να υπολογίσουμε πόσο χρόνο κάνει ο πλανήτης να περάσει μπροστά από το αστέρι του και πόσο μεγάλος είναι. Επίσης, αυτό το φάσμα αποκαλύπτει τη χημική σύσταση της ατμόσφαιρας του πλανήτη.

Μπορούμε να ανιχνεύσουμε χημικά στοιχεία σε ατμόσφαιρες εξωπλανητών που βρίσκονται χιλιάδες έτη φωτός μακριά από εμάς. Στην περίπτωση αυτού του εξωπλανήτη βλέπουμε πόσο νερό, σε μορφή υδρατμών, υπάρχει στην ατμόσφαιρα. Σύννεφα. Υδρατμοί. Νερό. Στην ατμόσφαιρα εξωπλανήτη! Σκεφτείτε το λίγο… Ίσως έτσι, σύντομα, ανακαλύψουμε μια νέα Γη.

Carina Nebula

Καλά, έβαλα τα 3D γυαλιά μου και δεν το κατάλαβα;! Ουάου! Η λεπτομέρεια και το βάθος σε αυτή την περιοχή δημιουργίας αστέρων είναι out of this world! Μας έδειξαν μια πολύ γνωστή περιοχή στον γαλαξία μας, όπου γεννιούνται νέα αστέρια. Ένα εκκολαπτήριο αστέρων. Μέσα στη σκόνη που υπάρχει εκεί. Και βλέπουμε εκατοντάδες νέα αστέρια για πρώτη φορά, φούσκες, κενά, πίδακες. Βλέπουμε μακρινούς γαλαξίες στο υπόβαθρο.

Η πληροφορία στην εικόνα αυτή είναι τεράστια. Φανταστείτε: κάθε κουκίδα στην εικόνα είναι ένα αστέρι. Σαν το δικό μας, τον Ήλιο, ή παρόμοιο. ΟΚ, και κάποιοι μακρινοί γαλαξίες. Δηλαδή, ουάου! Οι δυνατότητες είναι άπειρες. Και οι ανακαλύψεις και η επιστήμη που θα προκύψουν από το JWST θα είναι αστείρευτες. Όπως είπε και ο program director του JWST: You ain’t seen nothing yet!

JWST και Πρώτες Φωτογραφίες

Γιατί όλος αυτός ο χαμός με το JWST και τις πρώτες φωτογραφίες; Στην αστροφυσική έχουν γίνει τεράστια άλματα τα τελευταία 100 χρόνια. Τότε δεν ξέραμε ακόμα αν αυτά τα αντικείμενα που βλέπουμε στον ουρανό είναι αστέρια ή μακρινοί γαλαξίες.

Πλέον μπορούμε να παρατηρήσουμε τη στιγμή που το σύμπαν έγινε ορατό, 380.000 χρόνια μετά τη μεγάλη έκρηξη, να ζουμάρουμε στο κέντρο γαλαξιών και να δούμε υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, να ζουμάρουμε στο μακρινό σύμπαν και να δούμε πώς γεννιούνται οι γαλαξίες. Αυτό το τελευταίο ελπίζουμε να μας το δείξει το JWST. Αλλά περιμένουμε να δούμε και άλλα πολλά.

Το 2001-02, όταν ήμουν στο 4ο έτος στο Φυσικό Ιωαννίνων, έκανα τη διατριβή μου σχετικά με τους γαλαξίες χρησιμοποιώντας δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο IRAS, το πρώτο που παρατήρησε το σύμπαν στο υπέρυθρο (1983).

Τότε δεν είχαμε ακόμα τα Spitzer (2003-2020) και Herschel (2009-2013), που άλλαξαν την αστροφυσική και την κατανόησή μας για τους γαλαξίες και το υπέρυθρο του σύμπαντος προς το καλύτερο. Αυτό που έχει γίνει μέσα σε 40 χρόνια είναι απλά εκπληκτικό!

Η δυνατότητά μας να παρατηρούμε το άγνωστο σύμπαν σε συνάρτηση με την εξέλιξη της τεχνολογίας δεν αφήνουν κανέναν αδιάφορο. Για να μπορέσει ένας αστροφυσικός να παρατηρήσει το σύμπαν χρειάζεται μια ολόκληρη κοινότητα εφερευρετικότητας, υποστήριξης και δημιουργίας, τον επιστήμονα, τον τεχνικό, τον μηχανικό, τον διαχειριστή και πολλούς άλλους.

Τα προγράμματα αυτά απασχολούν τεράστιο αριθμό ανθρώπων, διαφορετικών ειδικοτήτων και επαγγελμάτων, σε όλη τη Γη. Είναι παγκόσμιες συνεργασίες. Και η τεχνολογία που δημιουργείται με σκοπό την εξερεύνηση του διαστήματος, στην τελική, θα φτάσει στα χέρια μας ως εφαρμογές. Εφαρμογές όπως GPS, ceran (κεραμικές εστίες), Wi-Fi, μαγνητική τομογραφία, και πολλές άλλες.

Η εξέλιξη στη λήψη δεδομένων δεν έχει να κάνει μόνο με τον χρόνο που απαιτείται για να βγάλει το τηλεσκόπιο τη φωτογραφία, ο οποίος έχει βελτιωθεί σε τεράστιο βαθμό. Έχει να κάνει με το πόσο καθαρά μπορούμε να δούμε τα αντικείμενα στον ουρανό, να δούμε τις λεπτομέρειές τους, να μελετήσουμε τις φυσικές τους διαδικασίες, να τα ξεχωρίσουμε το ένα από το άλλο, καθώς και να δούμε πολύ μακρινά αντικείμενα.

Αυτά τα μακρινά αντικείμενα είναι πολύ αμυδρά. Και χρειαζόμαστε το υπέρυθρο και ένα πολύ ισχυρό τηλεσκόπιο για να τα παρατηρήσουμε. Επίσης, στο υπέρυθρο βλέπουμε διαφορετικές διαδικασίες απ’ ό,τι στο ορατό. Μαθαίνουμε άλλα πράγματα για τη φυσική που κυριαρχεί και για τα αντικείμενα που παρατηρούμε σε αυτή την περιοχή της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Τηλεσκόπιο στο Διάστημα. Γιατί;

Αλλά, γιατί έπρεπε να ξοδέψουμε τόσα λεφτά να στείλουμε ένα τηλεσκόπιο στο διάστημα; Δεν έχουμε τηλεσκόπια στη Γη; Ο λόγος που στέλνουμε τηλεσκόπια στο διάστημα είναι γιατί η ατμόσφαιρα της Γης δρα σαν φίλτρο. Όχι όπως τα φίλτρα του TikTok. Δεν βάζει αυτάκια ή βλεφαρίδες και μουστάκια στους γαλαξίες που παρατηρούμε, αλλά μας εμποδίζει να δούμε το φως που εκπέμπουν. Απορροφά το φως τους ή το διώχνει και δεν μπορεί το φως να φτάσει στο έδαφος, στα τηλεσκόπιά μας.

Στο οπτικό, το πρόβλημα δεν είναι τόσο μεγάλο, γιατί αφήνει αρκετό από το φως αυτό να φτάσει στα οπτικά μας τηλεσκόπια. Το θέμα με το οπτικό είναι ότι μπορούμε να παρατηρήσουμε μόνο τη νύχτα (εκτός αν παρατηρούμε τον Ήλιο) και μόνο όταν είναι καθαρός ο ουρανός. Επίσης, στα ραδιοκύματα έχουμε το hall pass, παρατηρούμε μέρα-νύχτα. Το πρόβλημα είναι οι παρεμβολές από συσκευές ή τηλεπικοινωνίες.

Στις ακτίνες-Χ δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε από το έδαφος, μόνο από το διάστημα. Το τελευταίο τηλεσκόπιο που πήγε ήταν το eROSITA και, πριν από αυτό, τα Chandra και XMM-Νewton.

Το Hubble όμως, που είναι στο οπτικό, το στείλαμε στο διάστημα. Γιατί; Για να παρατηρούμε μέρα νύχτα χωρίς καμιά απορρόφηση από την ατμόσφαιρα. Και μας έδωσε μοναδικές εικόνες του σύμπαντος, που δεν είχαμε ξαναδεί. Εκατομμύρια και δισεκατομμύρια γαλαξίες, κοντινούς και μακρινούς.

Στο υπέρυθρο όμως έχουμε τον περιορισμό της ατμόσφαιρας. Μπορούμε να παρατηρήσουμε μόνο ένα εύρος ακτινοβολίας από το έδαφος. Για να μελετήσουμε το σύμπαν στο υπέρυθρο, χρειαζόμαστε διαστημικά τηλεσκόπια. Και το JWST κάνει ακριβώς αυτό. Και ταυτόχρονα μας δίνει τη δυνατότητα να παρατηρήσουμε το σύμπαν όταν ήταν πολύ νέο.

Όταν παρατηρούμε το σύμπαν, βλέπουμε το παρελθόν. Πάντα. Ακόμα και όταν βλέπουμε τον Ήλιο. Βλέπουμε τι συνέβη 8 λεπτά πριν. Γιατί το φως ταξιδεύει με μια συγκεκριμένη ταχύτητα και, παρόλο που τίποτα δεν είναι πιο γρήγορο από το φως στο κενό, του παίρνει χρόνο να διανύσει μια απόσταση. Η απόσταση Γη-Ήλιος είναι περίπου 8 λεπτά. Όσο πιο μακριά είναι ένα αντικείμενο στο σύμπαν από εμάς, τόσο περισσότερο χρόνο κάνει το φως του να φτάσει σε εμάς.

Το φως από το πιο κοντινό μας αστέρι, τον Proxima Centauri, κάνει περίπου 4 έτη φωτός να φτάσει σε εμάς. Το φως δηλαδή, που ταξιδεύει με 300 χιλιάδες χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, κάνει 4 έτη φωτός να φτάσει σε εμάς. Δηλαδή, αν ταξιδεύαμε με την ταχύτητα του φωτός, θα κάναμε 4 χρόνια να φτάσουμε στον Proxima Centauri.

Ταυτόχρονα το σύμπαν διαστέλλεται. Οπότε, καθώς το φως από μακρινά αστέρια και γαλαξίες ταξιδεύει προς εμάς, δεν φαίνεται πια στο ορατό της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (εκεί που βλέπουν τα μάτια μας), αλλά μετατοπίζεται προς το ερυθρό. Όπως όταν ο ήχος μια σειρήνας ασθενοφόρου που απομακρύνεται από εμάς γίνεται πιο βραχύς (μετατοπίζεται προς το ερυθρό).

Για να δούμε αυτά τα πολύ μακρινά αντικείμενα πρέπει να τα παρατηρήσουμε στο υπέρυθρο της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Έτσι, το JWST θα μας βοηθήσει να δούμε το φως από αστέρια και μακρινούς γαλαξίες, τους πιο μακρινούς γαλαξίες. Από τα πρώτα αστέρια και τους πρώτους γαλαξίες. Από μια εποχή γνωστή ως κοσμική αυγή στους αστροφυσικούς. Και ελπίζουμε να δούμε την εποχή κατά την οποία το σύμπαν ήταν μόνο 100 με 250 εκατομμυρίων ετών.

Το JWST έχει όργανα που μπορούν να βγάλουν φωτογραφίες στο υπέρυθρο (φωτομετρία), όπως αυτή που είδαμε με το σμήνος γαλαξιών και τα νεφελώματα. Μπορούν όμως να δώσουν και το φάσμα ενός αντικειμένου (φασματοσκοπία). Βλέπουμε τα χημικά στοιχεία από τα οποία αποτελούνται και το πού δημιουργήθηκαν αυτά τα χημικά στοιχεία στο σύμπαν. Χημικά στοιχεία όπως το οξυγόνο. Και μπορούμε να ανιχνεύσουμε αυτά τα χημικά στοιχεία στις ατμόσφαιρες εξωπλανητών.

Γιατί Αυτός ο Χαμός;

Ας καταλάβουμε λίγο τι είδαμε και γιατί όλος αυτός ο χαμός. Φανταστείτε έναν κόκκο άμμου. Κρατήστε τον στα δάχτυλά σας. Τώρα τεντώστε το χέρι σας. Αυτός ο κόκκος άμμου, όπως τον βλέπετε σε μέγεθος… – αν είστε σαν εμένα και δεν τον βλέπετε, βάλτε τα γυαλιά σας. Αυτό το μέγεθος που βλέπετε, λοιπόν, είναι το μέγεθος της εικόνας του JWST, αυτή από το βαθύ πεδίο.

Μέσα σε αυτή την εικόνα βλέπουμε χιλιάδες γαλαξίες, σαφώς και αστέρια από τον δικό μας Γαλαξία. Βλέπουμε από αντικείμενα στο εγγύς Σύμπαν, αστέρια που βρίσκονται μέσα στον δικό μας γαλαξία, μεγάλους γαλαξίες που κάμπτουν το φως γύρω τους δημιουργώντας το φαινόμενο του βαρυτικού φακού, καθώς και μακρινούς γαλαξίες σε εποχές κατά τις οποίες το Σύμπαν ήταν πολύ νέο.

Για να μάθουν οι αστροφυσικοί πόσο μακριά είναι αυτοί οι γαλαξίες πρέπει να μελετήσουν αυτήν και άλλες πολλές εικόνες από το JWST, καθώς και φάσματα, που θα μας δείξουν πόσο απομακρυσμένοι είναι οι γαλαξίες από εμάς.

Το συγκλονιστικό με αυτή τη φωτογραφία είναι η ευκρίνεια και ο τεράστιος αριθμός αντικειμένων σε σχέση με παλαιότερα δεδομένα. Καθώς και ο χρόνος που έκανε το JWST να βγάλει αυτήν τη φωτογραφία σε σχέση με το Hubble: 10-20 ημέρες για το Hubble, 10-12 ώρες για το JWST.

Το καταπληκτικό, σε όποιο σημείο του ουρανού και αν κοιτάξεις με το JWST, βλέπεις γαλαξίες! Η πληροφορία που παίρνουμε από τα δεδομένα αυτά είναι αστείρευτη. Είναι μια χρυσή εποχή για την αστροφυσική και την κατανόηση του σύμπαντος. Μια νέα εποχή εξερεύνησης μόλις ξεκίνησε. Στο υπέρυθρο!

Πηγές:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/nasa-shares-list-of-cosmic-targets-for-webb-telescope-s-first-images

https://webbtelescope.org/resource-gallery/images

https://www.nasa.gov/mission_pages/webb/instruments/index.html

 

Διαβάστε επίσης στην αθηΝΕΑ: 

Ταξίδι στον Άρη

ΑΡΘΡΟΓΡΑΦΟΣ
Rogue Astrophysics
Rogue Astrophysics

Γεννήθηκε το 1980 στην Αθήνα. Την κέρδισε ο μαγευτικός χώρος της επιστήμης από μικρή ηλικία. Σπούδασε Φυσική στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων με κατεύθυνση την Αστροφυσική. Είναι κάτοχος διδακτορικού από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και συνέχισε την ακαδημαϊκή της πορεία ως μεταδιδακτορική ερευνήτρια στην Αστροφυσική σε Πόρτο (Πορτογαλία), Κρήτη και Βόννη (Γερμανία), όπου και βρίσκεται από το 2015. Είναι μέλος διεθνών συνεργασιών (COSMOS, EMU) σε Ευρώπη, Αμερική και Αυστραλία. Η έρευνα της επικεντρώνεται στη μελέτη ενεργών γαλαξιακών πυρήνων, το πως γεννιούνται και εξελίσσονται οι γαλαξίες και τα αστέρια που τους αποτελούν, καθώς και την αλληλεπίδραση γαλαξιών και περιβάλλοντος, με χρήση δεδομένων από το ευρύ φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Η αστροφυσική είναι μια από τις μεγάλες της αγάπες και προσπαθεί να τη μεταδώσει σε όλο τον κόσμο. Είναι πολύ ενεργή στην επικοινωνία της επιστήμης στο ευρύ κοινό, όπου μέσω εκλαϊκευμένων βίντεο και άρθρων προσπαθεί να φτιάξει μια γέφυρα μεταξύ έρευνας και καθημερινότητας. Εκτός των βίντεο στο κανάλι της στο ΥouΤube, Rogue Astrophysics, προσφέρει ένα καθημερινό astroquiz στο Instagram. Τέλος είναι η ιδρύτρια του "Astronomy on Tap Bonn", μιας μηνιαίας εκδήλωσης με σκηνικό μια παμπ, όπου επαγγελματίες αστροφυσικοί μιλούν με απλά λόγια στο ευρύ κοινό για την επιστήμη τους. <p><a href="https://www.youtube.com/c/RogueAstrophysics" target="_blank">YouTube Channel</a> // <a href="https://www.facebook.com/aotbonn" target="_blank">Astronomy on Tap Bonn</a></p>

ΑΝΑΖΗΤΗΣΗ

Τα σημαντικότερα νέα της ημέρας, στο inbox σου κάθε μεσημέρι!

ΕΓΓPΑΦΕΙΤΕ ΣΤΟ NEWSLETTER

+