فضا از نگاه جیمز وب

اگرچه یک سال بیشتر از آغاز کار تلسکوپ فضایی جیمز وب نمی‌گذرد اما JWST تاکنون توانسته تصاویر فوق‌العاده‌ای را از کیهان به‌ثبت برساند.

پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) یکی از هیجان انگیزترین رویداد‌های علمی در دهه‌های اخیر محسوب می‌شود. این تلسکوپ در دسامبر ۲۰۲۱ در فرانسه راه‌اندازی شد و مشاهدات خود را در ماه جولای آغاز کرد.

جیمز وب تاکنون توانسته تصاویری جذاب و دیدنی از اعماق آسمان‌ها و هستی را به‌تصویر بکشد که با چشم غیرمسلح قابل رؤیت نیستند. در گذشته نیز سایر ابزار‌های علمی و نجوم قادر نبودند چنین تصاویری را با دقت بالا به‌نمایش بگذارند.

تصاویر کیهانی ثبت شده توسط جیمز وب به‌دانشمندان کمک می‌کند اسرار جدیدی را کشف کرده و اطلاعات شگفت‌انگیزی را در مورد نحوه شکل‌گیری کهکشان‌ها و ستاره‌های جهان به‌دست آورند.

در ادامه به بررسی ۱۰ مورد از مهمترین دستاورد‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب که اسراری در مورد آسمان‌ها را در اختیار دانشمندان قرار داده و دروازه‌های جدیدی از عجایب هستی را گشوده، می‌پردازیم.

۱. جیمز وب عنوان مهمترین پیشرفت علمی در سال ۲۰۲۲ را به‌نام خود ثبت کرد

هنگامی که وب در روز کریسمس سال ۲۰۲۱ به فضا پرتاب شد، نتیجه دهه‌ها کار و تلاش شبانه‌روزی دانشمندان و مهندسان ناسا را به‌نمایش گذاشت. پرتاب و مراحل استقرار این تلسکوپ در ماه‌های بعد بدون هیچ مشکلی انجام شد. در اواسط ماه جولای، وب اولین تصاویر خیره‌کننده خود از کیهان را منتشر کرد.

جین ریگبی، دانشمند پروژه عملیات تلسکوپ جیمز وب در نشست زمستانی انجمن نجوم آمریکا (ASS) در سیاتل گفت: «اکنون می‌توانیم ببینیم زمانی که کیهان تنها ۳۰۰ تا ۴۰۰ میلیون سال سن داشت، چگونه بوده است.»

تلسکوپ فروسرخ به ما کمک می‌کند تقریباً تمام بخش‌های کیهان از جمله دورترین کهکشان‌ها را با جزئیات بیشتر ببینیم و به ما اجازه می‌دهد نگاهی اجمالی به‌گذشته داشته باشیم. تلسکوپ‌هایی همانند جیمز وب در واقع چیزی شبیه به ماشین‌های زمان هستند و زمانی که آن‌ها به مسافت‌های بسیار دور نگاه می‌کنند، انگار به گذشته خیره شده‌اند.

طی چند روز پس‌از آنلاین شدن تلسکوپ در اواخر ژوئن ۲۰۲۲، محققان با دریافت تصاویر شروع به کشف هزاران کهکشان جدید کردند که بسیار دورتر و باستانی‌تر از هر کهکشانی که قبلاً به‌ثبت رسیده‌اند محسوب می‌شدند. برخی از آن‌ها شاید بیش‌از ۱۵۰ میلیون سال قدیمی‌تر از قدیمی‌ترین کهکشان شناسایی شده توسط هابل باشند!

۲. تصویربرداری مجدد از کهکشان فانتوم

یکی دیگر از مهمترین دستاورد‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب این بود که توانست تصاویری از کهکشان مارپیچی فانتوم ثبت کند که مانند هیچ تلسکوپی که قبلاً این کار را انجام داده نیست. این تصویر ثابت می‌کند چرا این تلسکوپ فضایی بهترین تلسکوپ ساخته شده توسط بشر تاکنون است.

کهکشان فانتوم در فاصله ۳۲ میلیون سال نوری از زمین در صورت فلکی ماهی و روبه‌روی سیاره ما قرار دارد. این باعث می‌شود که مطالعه آن ساده‌تر باشد. علاوه‌براین، بازو‌های فضایی این کهکشان نیز آن را به یک جرم جذاب برای مشاهده در آسمان تبدیل کرده است.

تلسکوپ فضایی هابل نیز کهکشان فانتوم را با استفاده‌از حسگر‌های خود که می‌توانند طول موج‌های فرابنفش و طیف مرئی را ثبت کنند، به‌تصویر کشیده است. جیمز وب این تصویر را با استفاده از ابزار مادون قرمز میانی خود (MIRI) ثبت کرده که محدوده طول موج پنج تا ۲۸ میکرون را پوشش می‌دهد و به دوربین نیز مجهز است. این قابلیت به این ابزار اجازه می‌دهد تا تصاویر پهن‌باند و میدان وسیعی از کهکشان‌های دوردست، ستاره‌های تازه شکل‌گرفته و دنباله‌دار‌هایی که به شکل کم‌نور قابل مشاهده هستند را ثبت کند.

۳. ستارگان متولد شده در ستون‌های آفرینش

وب تصاویری با جزئیات بسیار بالا از منظره موسوم به ستون‌های آفرینش (Pillars of Creation) را ثبت کرد که در این تصویر ستارگان جدیدی از میان ابر‌های متراکم گاز و غبار در حال شکل‌گیری هستند.

این ستون‌ها از گاز‌ها و غبار‌های خنک میان‌ستاره‌ای تشکیل شده‌اند و در نوری با طول موج نزدیک به فروسرخ، نیمه شفاف به‌نظر می‌آیند. ستون‌های آفرینش در سحابی عقاب، برای مدت طولانی یکی از نمادین‌ترین تصاویر تلسکوپ فضایی هابل بوده است. اما تصویر دقیق کنونی به‌محققان کمک می‌کند با شناسایی بسیار دقیق‌تر تعداد ستاره‌های تازه متولد به‌همراه میزان گاز و غبار موجود در منطقه بتوانند مدل‌های پیشین خود از تشکیل ستاره‌ها را اصلاح کنند.

درک وارد تامپسون، رئیس دانشکده علوم طبیعی در دانشگاه مرکزی لنکشایر در بریتانیا گفت: «وقتی توده‌هایی از میان ستون‌های گاز و غبار به جرم کافی می‌رسند، تحت نیروی گرانش خود شروع به فروپاشی می‌کنند. آن‌ها به آرامی گرم شده و در نهایت ستاره‌های جدید را تشکیل می‌دهند.»

تصاویری نظیر این نه تنها قابلیت‌های وب را به‌عنوان یک تلسکوپ فروسرخ به‌نمایش می‌گذارند، بلکه می‌توانند به ما در درک چگونگی شکل‌گیری ستارگان، از جمله خورشید کمک کنند.

۴. اولین تصویر مستقیم وب از یک سیاره فراخورشیدی

جیمز وب با تصویربرداری فروسرخ می‌تواند سیارات فراخورشیدی را به‌طور مستقیم مشاهده کند. این تلسکوپ به کمک تاج‌نگاری خود که کنتراست بالایی دارد، توانست نور ستاره HIP ۶۵۴۲۶ را مسدود کرده و از این طریق متوجه یکی از مهمترین تصاویر خود از یک سیاره فراخورشیدی غول‌پیکر گازی بشود.

دانشمندان اولین سیارات فراخورشیدی را در دهه ۱۹۹۰ کشف کردند و امروزه بیش‌از ۳۰۰۰ جهان شناخته شده وجود دارد که به دور ستاره‌ها می‌چرخند. با این حال، تنها حدود ۱۲ مورد از این سیارات به‌طور مستقیم تصویربرداری شده‌اند.

بیشتر سیارات فراخورشیدی به‌قدری دور هستند که فقط از طریق فرورفتن در نور ستاره‌ای که به دور آن‌ها می‌چرخند (زمانی که آن سیاره از مقابل ستاره میزبان خود عبور می‌کند) قابل شناسایی هستند. اما وب این موضوع را تغییر داد و در ماه سپتامبر اولین تصویر مستقیم خود از یک سیاره فراخورشیدی را ثبت کرد.

این مورد از مهمترین دستاورد‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب در فاصله ۱۰۰ برابری از خورشید تا زمین، یعنی بسیار دورتر از هر سیاره‌ای در منظومه شمسی از ستاره میزبان خود قرار دارد و همچنین فوق‌العاده بزرگ (تقریباً ۱۲ برابر سیاره مشتری) است.

۵. مشاهده حلقه‌های گازی دور ستارگان WR ۱۴۰

در ماه ژوئیه، جیمز وب یک جفت ستاره را دید که حلقه‌های گازی از خود ساطع می‌کردند. این در واقع یک جفت نور است که باد‌های ستاره‌ای آن‌ها به‌طور دوره‌ای با هم برخورد کرده و حلقه‌های گازی ایجاد می‌کنند.

جیمز وب این ساختار حلقه‌ای را در اطراف ستاره‌ای به‌نام WR ۱۴۰ ثبت کرد که ۵۶۰۰ سال نوری از ما فاصله دارد. ستاره WR ۱۴۰ که در صورت فلکی ماکیان قرار دارد، یک سیستم دوتایی بسیار نادر است. اولین جزء آن ستاره Wolf-Rayet نام دارد. این دو جرم کیهانی بسیار عظیم و در مراحل پایانی زندگی خود هستند. حلقه‌های عجیب و غریب ناشی‌از تعامل بین WR۱۴۰ و ستاره همراه کوچکتر آن است.

هیدروژن آن‌ها تقریبا تمام شده است و بیشتر حجم آن‌ها را هلیوم تشکیل می‌دهد؛ بنابراین نور‌ها به‌سرعت جرم خود را در قالب باد خورشیدی از دست می‌دهند. این‌ها داغ‌ترین ستاره‌های جهان و بسیار پرجرم هستند که باد‌های ستاره‌ای بسیار قوی دارند.

۶. یافتن دورترین کهکشان‌ها

وب برای رصد دورترین کهکشان‌های جهان ساخته شد و در اواسط دسامبر، دانشمندان تأیید کردند که توانسته‌اند به‌هدف خود از ساخت این تلسکوپ برسند. این تلسکوپ چهار کهکشان دوردست شناخته شده که متعلق به حدود ۱۳.۴ میلیارد سال پیش (زمانی که کیهان تنها ۳۵۰ میلیون سال سن داشت) هستند را مشاهده کرد.

محققین پس از تایید سن آنها، داده‌های طیف‌نگار فروسرخ نزدیک تلسکوپ را تجزیه و تحلیل کردند تا بفهمند کهکشان‌ها با چه سرعتی از تلسکوپ دور می‌شوند.

برانت رابرتسون، اخترفیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا در بیانیه‌ای گفت: «این کهکشان‌ها بسیار فراتر از آن چیزی هستند که ما می‌توانستیم قبل از ثبت JWST تصور کنیم. به لطف جیمز وب، اکنون برای اولین بار می‌توانیم چنین کهکشان‌های دوردستی را پیدا کرده و سپس از نظر طیف‌سنجی تأیید کنیم که آن‌ها واقعاً تا این حد دور هستند یا خیر.»

۷. کشف کوتوله قهوه‌ای با ابر‌های شنی

کوتوله‌های قهوه‌ای جرم‌هایی هستند کوچک‌تر از ستارگان و بزرگ‌تر از سیاره‌ها که به‌علت کم بودن جرم واکنش‌های هسته‌ای در آن‌ها انجام نشده و در نتیجه از خود نور ندارند و، چون بسیار دورند دیده نمی‌شوند. برای مثال، کشف جدید جیمز وب که VHS ۱۲۵۶ b نام دارد، اصلا یک سیاره نیست! بلکه یک کوتوله قهوه‌ای است که درخششی کم‌رنگ و مایل به قرمز دارد.

وب مشاهده کرد که کوتوله قهوه‌ای ابر‌های شنی و سیلیکاتی دارد. همانند WASP-۳۹b، وب توانست عناصری همچون آب، متان، دی‌اکسیدکربن و پتاسیم را در جو عجیب کوتوله قهوه‌ای شناسایی کند. نسبت ترکیبات مختلف نشان می‌دهد که این جرم کیهانی دارای یک جو متلاطم است.

۸. اسرار سحابی حلقه جنوبی

تحقیقات جدید نشان می‌دهند که حلقه‌ها و مارپیچ‌های پیچیده سحابی حلقه جنوبی (Southern Ring Nebula) که یکی از مهمترین دستاورد‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب بوده، محصول حداقل چهار ستاره هستند.

دانشمندان همیشه تصور می‌کردند این سحابی صرفاً یک منظومه دوتایی متشکل از دو ستاره است: یکی از آن‌ها ستاره‌ی در حال مرگی به نام کوتوله سفید است که لایه‌های بیرونی آن با تابش امواج انرژی توسط کوتوله سفید درخشان می‌درخشند؛ درحالی که ستاره دیگر در حال مرگ نیست و تا حد زیادی در زیر این گاز روشن پنهان شده است.

تصویر خیره کننده وب از این سحابی به‌وضوح نشان داد که اطلاعات پیشین دانشمندان در مورد این سحابی کامل نیست. نما‌های سحابی حلقه جنوبی و جفت ستاره‌های آن با ابزار‌های جیمز وب موسوم به NIRCam و MIRI شکار شده است.

اورسولا دی مارکو، اخترفیزیکدان از دانشگاه مک کواری استرالیا توضیح می‌دهد: «ما از یافتن شواهدی مبنی بر وجود دو یا سه ستاره همراه که احتمالاً مرگ ستاره مرکزی را تسریع کرده‌اند و همچنین یک ستاره نظاره‌گر دیگر که در این تعامل گرفتار شده بود، شگفت‌زده شدیم.»

در مرکز سحابی حلقه جنوبی که به صورت علمی NGC ۳۱۳۲ نامیده می‌شود و در فاصله ۲۴۶۰ سال نوری از ما قرار دارد، ستاره‌ای مرده است که جرم آن سه برابر خورشید در حالت عادی تخمین‌زده می‌شود. اما اکنون، آن ستاره به یک کوتوله سفید کوچک و متراکم تبدیل شده است که تقریباً نصف جرم خورشید را دارد و حجمش به اندازه کره زمین می‌رسد.

محققان دیدند که کوتوله سفید همانطور که انتظار داشتند، در آن طول موج نامرئی نیست، اما به رنگ قرمز می‌درخشد و توسط مهی از گاز خنک احاطه شده است. به‌نظر می‌رسد تنها توضیح منطقی این است که سحابی ستاره سومی را پنهان کرده که منبع گاز است.

دوربین اصلی تلسکوپ همچنین پوسته‌های جذابی را در اطراف لبه‌های بیرونی سحابی ثبت کرد که تا حدودی شبیه پوسته‌های اطراف WR۱۴۰ بود. دانشمندان فکر می‌کنند یک ستاره سوم، جایی بین دو ستاره شناخته شده، می‌تواند باعث ایجاد پوسته‌های موج مانند شود.

۹. نگاهی عمیق به جو یک سیاره فراخورشیدی

یکی از کار‌های بزرگی که تلسکوپ فضایی جیمز وب وعده تحقق آن را داده بود، توانایی بررسی سیارات فراخورشیدی با جزئیات بیشتر از قبل است. جیمز وب قبلاً از نخستین سیاره فراخورشیدی خود تصویربرداری کرده و نخستین تشخیص دی‌اکسیدکربن را در جو این سیاره انجام داده است. اما اکنون این تلسکوپ با مشاهده عمیق‌تر به جو سیاره WASP-۳۹ b، یکی دیگر از دروازه‌های پیشرفت در علم نجوم را به روی اخترشناسان گشوده است.

مشاهدات جدید تصویر واضح‌تری از این سیاره فراخورشیدی ارائه کرده که وجود سدیم، پتاسیم، آب، کربن دی اکسید، کربن‌مونکسید و دی اکسید گوگرد را در جو سیاره نشان می‌دهد.

سیاره WASP-۳۹ b حدود ۷۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارد و یک غول گازی در حال جوش به اندازه زحل است که در فاصله بسیار نزدیکی به دور ستاره میزبان خود می‌چرخد.

دانشمندان با استفاده از دوربین اصلی وب و دو طیف‌نگار آن، وجود عناصر ذکر شده را در جو این سیاره شناسایی کردند. محققان همچنین توانستند از آنچه در مورد جو این سیاره یاد گرفتند برای استنباط جنبه‌هایی از تاریخچه و شکل‌گیری آن استفاده کنند. دانشمندان فکر می‌کنند که این سیاره از برخورد سیاره‌های کوچکتر تشکیل شده است.

لورا کریدبرگ، مدیر مؤسسه نجوم ماکس پلانک (MPIA) در آلمان که در رصد‌ها مشارکت داشت، در بیانیه‌ای گفت: «این مشاهدات اولیه نویددهنده علم شگفت‌انگیزتری هستند که با JWST قابل دسترسی است.»

۱۰. نگاهی اجمالی به ابر‌های تایتان

عکسی که تلسکوپ فضایی جیمز وب از قمر زحل ثبت کرده است، تصویری از ابر‌های متان را به نمایش می‌گذارد. قمر زحل، تایتان، مکانی عجیب و جذاب است که سطح آن از یخ آب، رودخانه‌ها و دریا‌های پر از متان مایع و سایر هیدروکربن‌ها، و جو غلیظ و مه‌آلودی پر از ابر‌های متان تشکیل شده است.

این مکان تنها جایی در عالم کیهانی خارج از سیاره زمین است که می‌دانیم رودخانه و دریاچه دارد؛ هر چند به جای آب در آن‌ها هیدروکربن‌های قابل اشتعال مانند مِتان و ِاتان جریان دارد.

به‌دلیل اتمسفر ضخیم غبارآلود این قمر، مطالعه و بررسی عمیق و دقیق تایتان دشوار است. اما تلکسوپ جیمز وب برای اولین بار تصاویری با جزئیات از این ابر‌ها و همچنین الگو‌های آب و هوایی در این جهان منحصر به فرد در اختیار ستاره‌شناسان قرار داده است.

کانر نیکسون، ستاره‌شناس مرکز پرواز فضایی گادرد گفت: «ما سال‌ها در انتظار بودیم تا بتوانیم با استفاده از دید مادون قرمز جیمز وب به‌مطالعه درباره اتمسفر تایتان بپردازیم. رصد و ردیابی این ابر‌ها پیش‌بینی‌های قدیمی از مدل‌های رایانه‌ای درباره آب و هوای تایتان را تایید می‌کند.»

دانشمندان در حین بررسی داده‌ها، نه یک ابر، بلکه دو ابر را شناسایی کردند که یکی از آن‌ها بر فراز کراکن ماری (Kraken Mare)، بزرگترین دریای تایتان واقع شده است. این مورد از مهمترین دستاورد‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و ناسا براساس آن در حال کار کردن روی یک ماموریت جدید به نام دراگون فلای است که به‌بررسی تایتان اختصاص دارد.