Dengan melihat jauh, kita dapat melihat semula masa. Fakta sederhana namun fikiran ini membolehkan para ahli astronomi memerhatikan gambar-gambar alam semesta pada masa yang berlainan, menggunakannya untuk menyatukan sejarah kompleks evolusi kosmik. Dengan setiap teleskop baru yang kita bina, kita dapat melihat lebih jauh dan lebih awal ke dalam sejarah alam semesta. Teleskop Angkasa James Webb (JWST) berharap dapat melihat semua jalan kembali ketika galaksi pertama terbentuk.
Kandungan Terkait
- Bertemu dengan Pengganti kepada Hubble yang Akan Bersama Melalui Masa
Idea yang memandang sesuai dengan pandangan belakang adalah agak muda. Ini berasal dari teori relativiti khas Einstein, yang menegaskan-antara lain-cahaya itu bergerak pada kelajuan cahaya, dan tidak ada yang bergerak lebih cepat daripada itu. Secara asasnya, kita hampir tidak pernah mengalami akibat dari konsep ini, kerana kelajuan cahaya adalah sangat besar (300, 000 km / s, atau kira-kira sejuta kali lebih cepat daripada pesawat jet) yang "masa perjalanan" ini tidak penting. Sekiranya kita menghidupkan lampu atau seseorang menghantar e-mel dari Eropah, kita melihat peristiwa ini (kita melihat bola lampu meneruskan atau menerima e-mel) sebagai seketika, kerana cahaya hanya mengambil sedikit pecahan sekejap untuk melakukan perjalanan melalui bilik atau di sekeliling seluruh Bumi. Tetapi pada skala astronomi, kehalusan kelajuan cahaya mempunyai implikasi yang mendalam.
Matahari adalah kira-kira 150 juta km jauhnya, yang bermaksud bahawa cahaya dari matahari mengambil masa kira-kira 8 minit dan 20 saat untuk sampai kepada kami. Apabila kita melihat matahari, kita melihat gambar yang berusia 8 minit. Galaksi tetangga terdekat kami, Andromeda, adalah kira-kira 2.5 juta tahun cahaya; apabila kita melihat Andromeda, kita melihatnya kerana ia adalah 2.5 juta tahun yang lalu. Ini mungkin kelihatan seperti banyak pada skala masa manusia, tetapi ia adalah masa yang sangat singkat sejauh galaksi yang bersangkutan; gambar "basi" kami mungkin masih merupakan gambaran yang baik tentang bagaimana Andromeda kelihatan hari ini. Walau bagaimanapun, keluasan semesta alam semesta memastikan bahawa terdapat banyak kes yang penting untuk perjalanan masa cahaya. Jika kita melihat galaksi satu bilion tahun cahaya, kita melihatnya kerana ia adalah satu bilion tahun yang lalu, cukup masa untuk galaksi untuk berubah dengan ketara.
Jadi berapa lama lagi kita boleh lihat? Jawapan untuk soalan ini ditentukan oleh tiga faktor yang berbeza. Satu adalah hakikat bahawa alam semesta adalah "hanya" 13.8 bilion tahun, jadi kita tidak dapat melihat kembali ke masa untuk zaman yang jauh lebih jauh daripada permulaan alam semesta, yang dikenali sebagai Big Bang. Satu lagi isu-sekurang-kurangnya jika kita bimbang dengan objek astrofizikal seperti galaksi-adalah kita memerlukan sesuatu untuk dilihat. Alam semesta primordial adalah sup zat yang sangat panas. Ia mengambil sedikit masa untuk zarah-zarah ini untuk menyejukkan dan menyerap ke dalam atom, bintang dan galaksi. Akhirnya, sekalipun benda-benda ini telah di tempat, melihat mereka dari Bumi berbilion-bilion tahun selepas itu memerlukan teleskop yang sangat kuat. Kecerahan sumber fizikal berkurang dengan jarak jauh, dan cuba untuk melihat galaksi pada jarak 1 bilion tahun cahaya adalah mencabar ketika cuba melihat lampu kereta sekitar 60, 000 batu jauhnya. Cuba untuk melihat galaksi yang sama pada jarak 10 bilion tahun cahaya adalah 100 kali lebih sukar.
Setakat ini, ini menjadi faktor pemacu dalam mengehadkan jarak ke galaksi terjauh yang dapat kita lihat. Sehingga tahun 1980-an, semua teleskop kami didasarkan pada tanah, di mana atmosfer bumi dan pencemaran cahaya menghalang prestasi mereka. Walau bagaimanapun, kami sudah mengetahui galaksi lebih daripada 5 bilion tahun cahaya. Pelancaran Teleskop Angkasa Hubble pada tahun 1990 membolehkan kami menghancurkan rekod jarak jauh ini dan, seperti yang saya tulis ini, galaksi paling jauh yang diketahui terletak pada 13.4 bilion tahun yang lalu.
JWST akan menggunakan cahaya inframerah untuk mengkaji setiap fasa dalam sejarah kosmik, bermula dari sinar bercahaya pertama selepas Big Bang ke pembentukan sistem bintang yang mampu menyokong kehidupan di planet seperti Bumi. (NASA) Ini membawa kita kepada salah satu isu utama astronomi moden: apakah sifat-sifat galaksi-galaksi yang jauh ini yang dapat kita sukai? Walaupun pemerhatian galaksi berdekatan menunjukkan bentuk dan warna mereka secara terperinci, seringkali satu-satunya maklumat yang dapat kita kumpulkan tentang galaksi yang paling jauh adalah kecerahan keseluruhan mereka. Tetapi dengan melihat mereka dengan teleskop yang sensitif terhadap frekuensi cahaya di luar rentang yang kelihatan, seperti ultraviolet, radio dan inframerah, kita dapat menemui petunjuk mengenai populasi bintang galaksi, serta jaraknya dari kita.
Dengan memerhatikan galaksi pada seberapa banyak frekuensi yang mungkin, kita boleh membuat spektrum, yang menunjukkan betapa terangnya galaksi dalam setiap jenis cahaya. Oleh kerana alam semesta berkembang, gelombang elektromagnetik yang dikesan oleh teleskop kami telah diregangkan di sepanjang jalan, dan ia berlaku bahawa jumlah peregangan dalam spektrum adalah berkadar dengan jarak galaksi dari kami. Hubungan ini, yang dipanggil Undang-undang Hubble, membolehkan kita mengukur seberapa jauh galaksi ini. Spectra juga boleh mendedahkan sifat-sifat lain, seperti jumlah massa dalam bintang, kadar di mana bintang galaksi membentuk bintang dan umur populasi bintang.
Hanya beberapa bulan yang lalu, sekumpulan ahli astronomi dari Amerika Syarikat dan Eropah menggunakan pemerhatian dari Teleskop Angkasa Hubble dan teleskop angkasa inframerah Spitzer untuk mengetahui galaksi terjauh yang diketahui, GN-z11. Diperhati hanya 400 juta tahun selepas Big Bang ("apabila alam semesta hanya 3 peratus daripada zaman sekarang, " menurut penyelidik utama Pascal Oesch) ia mempunyai massa satu bilion matahari bersatu bersama-sama, kira-kira 1/25 th kita sendiri Bima Sakti.
GN-z11 membentuk bintang kira-kira 20 kali lebih pantas, pada kadar 25 gelombang baru yang luar biasa setiap tahun. "Sungguh luar biasa bahawa galaksi yang sangat besar hanya wujud 200 juta hingga 300 juta tahun selepas bintang pertama mula terbentuk. Ia memerlukan pertumbuhan yang sangat cepat, menghasilkan bintang pada kadar yang besar, telah membentuk galaksi yang merupakan satu bilion massa solar tidak lama lagi, "jelas Garth Illingworth, penyelidik lain mengenai pasukan penemuan itu.
Kewujudan objek besar seperti pada masa awal bertempur dengan senario semasa perhimpunan kosmik, mencetuskan cabaran baru bagi saintis yang bekerja dalam pemodelan pembentukan dan evolusi galaksi. "Penemuan baru ini menunjukkan bahawa Webb teleskop (JWST) pasti akan menemui banyak galaksi muda seperti yang menjangkau ketika galaksi pertama terbentuk, " kata Illingworth.
JWST dijadual dilancarkan pada 2018 dan akan mengorbit sekitar sistem matahari / Bumi dari lokasi khas 900, 000 batu dari kami. Seperti Hubble, JWST akan membawa beberapa instrumen, termasuk kamera berkuasa dan spektrograph, tetapi ia akan meningkatkan kepekaan: cermin utamanya akan hampir tujuh kali lebih besar, dan julat frekuensinya akan jauh lebih jauh ke dalam kawasan inframerah. Pelbagai frekuensi yang berbeza akan membolehkan JWST mengesan spektrum dengan regangan yang lebih tinggi, yang menjadi objek yang lebih jauh. Ia juga akan mempunyai keupayaan unik untuk mengambil spektrum sebanyak 100 objek serentak. Dengan JWST, kami mengharapkan untuk menolak halangan jarak jauh lebih jauh, hingga ke zaman hanya 150 juta tahun selepas Big Bang, dan untuk mengetahui galaksi pertama yang pernah terbentuk. JWST akan membantu kita memahami bagaimana bentuk galaksi berubah dengan masa, dan faktor-faktor yang mengawal interaksi galaksi dan percantuman.
Tetapi JWST tidak akan hanya melihat galaksi. Dengan mengintip alam semesta dalam cahaya inframerah, kita akan dapat melihat melalui tirai debu tebal yang merangkumi bintang-bintang dan planet-planet baru yang lahir, menyediakan tingkap ke atas pembentukan sistem solar lain. Tambahan pula, instrumen khas yang dipanggil coronagraphs akan membolehkan pencitraan planet di sekitar bintang-bintang lain, dan diharapkan membawa kepada penemuan beberapa planet seperti Bumi yang dapat menampung kehidupan. Bagi sesiapa yang pernah melihat langit dan bertanya-tanya apa yang ada di sana, dekad akan menjadi masa yang sangat menarik.
