راه سفر در زمان و تماشای گذشته کشف شد

تلسکوپ فضایی جیمز وب یکی از پیشرفته‌ترین تلسکوپ‌هایی است که تاکنون ساخته شده است. برنامه‌ریزی برای راه‌اندازی جیمز وب بیش از ۲۵ سال پیش آغاز شد و تلاش‌ها برای ساخت و ساز آن بیش از یک دهه طول کشید. در روز ۲۵ دسامبر سال ۲۰۲۱ این تلسکوپ به فضا پرتاب شد و ظرف یک ماه به مقصد نهایی خود یعنی ۹۳۰ هزار مایل دورتر از زمین رسید. موقعیت آن در فضا به آن امکان دید نسبتا بدون مانعی از جهان را می‌دهد.

طراحی این تلسکوپ یک تلاش جهانی بود که توسط ناسا هدایت شد و هدفش اینست که مرزهای رصد نجومی را با مهندسی انقلابی جابجا کند. آینه آن عظیم است و حدود ۲۱ فوت(۶.۵ متر) قطر دارد که تقریبا سه برابر اندازه تلسکوپ فضایی هابل است که در سال ۱۹۹۰ پرتاب شد و هنوز هم کار می‌کند.

این آینه تلسکوپ است که به آن اجازه می‌دهد نور را جمع‌آوری کند. جیمز وب به قدری بزرگ است که می‌تواند کم نورترین و دورترین کهکشان‌ها و ستارگان کیهان را ببیند. ابزارهای پیشرفته آن می‌توانند اطلاعاتی در مورد ترکیب، دما و حرکت این اجرام کیهانی دوردست آشکار کنند.

اخترفیزیکدانان، دائما به گذشته نگاه می‌کنند تا ببینند ستاره‌ها، کهکشان‌ها و سیاهچاله‌های کلان جرم زمانی که نور آنها سفر خود را به سمت زمین آغاز کرد، چه شکلی داشته‌اند و از این اطلاعات برای درک بهتر رشد و تکامل آنها استفاده می‌کنند. برای دانشمند فضایی، تلسکوپ فضایی جیمز وب دریچه‌ای به آن جهان ناشناخته است. جیمز وب تا چه اندازه می‌تواند به کیهان و گذشته آن نگاه کند؟ پاسخ حدود ۱۳.۵ میلیارد سال است.
سفر در زمان

یک تلسکوپ، ستاره‌ها، کهکشان‌ها و سیارات فراخورشیدی را آنطور که در حال حاضر هستند نشان نمی‌دهد. در عوض، اخترشناسان نگاهی اجمالی به وضعیت آنها در گذشته دارند. زمان می‌برد تا نور در فضا حرکت کند و به تلسکوپ ما برسد. در اصل، این بدان معناست که نگاه به فضا نیز سفری به گذشته است.

این حتی برای اشیایی که کاملا به ما نزدیک هستند نیز صادق است. نوری که از خورشید می‌بینید حدود هشت دقیقه و ۲۰ ثانیه زودتر از آن خارج شده است. این همان مدتی است که طول می‌کشد تا نور خورشید به زمین برسد.

شما می‌توانید به راحتی در این مورد محاسبات انجام دهید. تمام نورها چه نور خورشید، چه چراغ قوه یا یک لامپ در خانه شما با سرعت ۱۸۶ هزار مایل(تقریباً ۳۰۰ هزار کیلومتر) در ثانیه حرکت می‌کنند. این چیزی بیش از ۱۱ میلیون مایل یعنی حدود ۱۸ میلیون کیلومتر در دقیقه است. خورشید حدود ۹۳ میلیون مایل(۱۵۰ میلیون کیلومتر) از زمین فاصله دارد. که زمان رسیدن نور آن را به حدود هشت دقیقه و ۲۰ ثانیه می‌رساند.

اما هرچه چیزی دورتر باشد، بیشتر طول می‌کشد تا نور آن به ما برسد. به همین دلیل است که نوری که از نزدیک‌ترین ستاره به ما به غیر از خورشید به نام پروکسیما قنطورس می‌بینیم، متعلق به چهار سال قبل است. این ستاره حدود ۲۵ تریلیون مایل(تقریبا ۴۰ تریلیون کیلومتر) از زمین فاصله دارد، بنابراین کمی بیش از چهار سال طول می‌کشد تا نور آن به ما برسد.

به تازگی، جیمز وب ستاره ایرندل(Earendel) را رصد کرده است که یکی از دورترین ستاره‌هایی است که تاکنون کشف شده و نوری که جیمز وب از آن می‌بیند حدود ۱۲.۹ میلیارد سال قدمت دارد.

تلسکوپ فضایی جیمز وب در مقایسه با تلسکوپ‌های دیگر مانند تلسکوپ فضایی هابل بسیار دورتر در گذشته سیر می‌کند. به عنوان مثال، اگرچه هابل می‌تواند اجسامی را ۶۰ هزار بار کم نورتر از چشم انسان ببیند، جیمز وب می‌تواند اجسامی را تقریبا ۹ برابر کم نورتر از حتی هابل ببیند.
مه‌ بانگ

مه‌بانگ اصطلاحی است که برای تعریف آغاز جهان آنگونه که ما می‌شناسیم استفاده می‌شود. دانشمندان معتقدند که حدود ۱۳.۸ میلیارد سال پیش این اتفاق رخ داده است. این نظریه پذیرفته شده‌ترین نظریه در میان فیزیکدانان برای توضیح تاریخ جهان ماست.

با این حال، این نام کمی گمراه کننده است، زیرا نشان می‌دهد که نوعی انفجار، مانند آتش بازی، جهان را ایجاد کرده است. مه بانگ با دقت بیشتر نمایانگر فضایی است که به سرعت در همه جای کیهان در حال گسترش است. محیط بلافاصله پس از انفجار بزرگ شبیه یک مه کیهانی بود که جهان را پوشانده بود و عبور نور از آن سوی آن را دشوار می‌کرد. در نهایت، کهکشان‌ها، ستاره‌ها و سیارات شروع به رشد کردند.

به همین دلیل است که این دوره در جهان «عصر تاریک کیهانی» نامیده می‌شود. با ادامه گسترش جهان، مه کیهانی شروع به بالا آمدن کرد و نور در نهایت توانست آزادانه در فضا حرکت کند. در واقع، تعداد کمی از ماهواره‌ها نور باقی مانده از مه‌بانگ را حدود ۳۸۰ هزار سال پس از وقوع آن مشاهده کرده‌اند. این تلسکوپ‌ها برای تشخیص درخشش باقی مانده از مه‌بانگ ساخته شده‌اند که نور آن را می‌توان در باند مایکروویو ردیابی کرد.

با این حال، حتی ۳۸۰ هزار سال پس از مه‌بانگ، هیچ ستاره و کهکشانی وجود نداشت. جهان هنوز یک مکان بسیار تاریک بود. دوران تاریک کیهانی تا چند صد میلیون سال بعد، زمانی که اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها شروع به شکل گیری کردند، به پایان نرسید.

تلسکوپ فضایی جیمز وب برای رصد زمان تا لحظه مه‌بانگ طراحی نشده بود، بلکه برای دیدن دوره‌ای طراحی شده بود که اولین اجرام در جهان شروع به تشکیل و ساطع کردن نور کردند.

قبل از این دوره‌ی زمانی، با توجه به شرایط جهان اولیه و فقدان کهکشان‌ها و ستاره‌ها، نور کمی برای رصد تلسکوپ فضایی جیمز وب وجود داشت.

نگاه کردن به دوره‌ی زمانی نزدیک به مه‌بانگ صرفا داشتن یک آینه بزرگتر نیست و ستاره شناسان پیشتر این کار را با استفاده از ماهواره‌های دیگری انجام داده‌اند که انتشار امواج مایکروویو را خیلی زود پس از مه‌بانگ مشاهده می‌کنند. بنابراین، تلسکوپ فضایی جیمز وب که جهان را چند صد میلیون سال پس از مه‌بانگ رصد می‌کند، نشان دهنده محدودیتی در تلسکوپ‌ها نیست. در عوض، این در واقع ماموریت تلسکوپ است. این بازتابی از جایی است که انتظار داریم اولین نور از ستاره‌ها و کهکشان‌ها را ببینیم.

دانشمندان امیدوارند با مطالعه کهکشان‌های باستانی شرایط منحصر به فرد جهان اولیه را درک کنند و در مورد فرآیندهایی که به شکوفایی آنها کمک کرده است درکی به دست آورند. این شامل تکامل سیاه‌چاله‌های بسیار پرجرم، چرخه حیات ستارگان، و آنچه سیارات فراخورشیدی از آن ساخته شده‌اند، می‌شود.