RW Space

Это была захватывающая неделя, когда космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) опубликовал захватывающие фотографии нашей Вселенной.

Изображения, подобные приведенному ниже, дают нам возможность увидеть тусклые далекие галактики. какими они были более 13 миллиардов лет назад.

Сейчас самое время сделать шаг назад и оценить наш первоклассный билет в глубины Вселенной и то, как эти изображения позволяют нам заглянуть в прошлое.

(NASA, ESA , CSA и STScI)

Вверху: изображение глубокого поля SMACS 0723 было получено с выдержкой всего 12,5 часов. Слабые галактики на этом изображении излучали этот свет более 13 миллиардов лет назад.

Эти изображения также поднимают интересные вопросы о том, как расширение Вселенной влияет на то, как мы вычисляем расстояния в космологическом масштабе. .

Современные путешествия во времени

Оглядываться назад во времени может показаться странной концепцией, но космические исследователи делают это каждый божий день.

Наша Вселенная связана по правилам физики, одним из самых известных «правил» является скорость света. И когда мы говорим о «свете», мы на самом деле имеем в виду все длины волн электромагнитного спектра, которые распространяются со скоростью около 300 000 километров (около 186 400 миль) в секунду.

Свет распространяется так быстро. что в нашей повседневной жизни это кажется мгновенным. Даже при таких головокружительных скоростях путешествие в любую точку космоса занимает некоторое время.

Когда вы смотрите на Луну, вы действительно видите ее такой, какой она была 1,3 секунды назад. Это всего лишь крошечный взгляд назад во времени, но это все еще прошлое. То же самое и с солнечным светом, за исключением того, что фотоны (частицы света), испускаемые с поверхности Солнца, проходят чуть более 8 минут, прежде чем наконец достигнут Земли.

Наша галактика Млечный Путь простирается на 100 000+ световых лет. А прекрасные новорожденные звезды, которые видны на снимке туманности Киля, сделанном JWST, находятся на расстоянии 7 500 световых лет от нас.

Другими словами, эта туманность, как показано на снимке, относится ко времени примерно на 2 000 лет раньше, чем когда, как считается, были созданы первые письмена. были изобретены в древней Месопотамии.

Туманность Киля — место рождения звезд. (NASA, ESA, CSA и STScI)

Каждый раз, когда мы отводим взгляд от Земли, мы оглядываемся назад во времени, на то, как все было когда-то. Это сверхспособность для астрономов, потому что мы можем использовать свет, наблюдаемый во времени, чтобы попытаться разгадать тайну нашей Вселенной.

Что делает JWST впечатляющим

Космические телескопы давайте увидим определенные диапазоны света, которые не могут пройти через плотную атмосферу Земли. Космический телескоп Хаббл был спроектирован и оптимизирован для использования как ультрафиолетовой (УФ), так и видимой частей электромагнитного спектра.

JWST был разработан для использования широкого диапазона инфракрасного света. И это основная причина, по которой JWST может заглянуть во времени дальше, чем Хаббл.

(НАСА, Дж. Олмстед, STScI)

Вверху: электромагнитный спектр с Хаббла и JWST диапазоны. Хаббл оптимизирован, чтобы видеть более короткие волны. Эти два телескопа дополняют друг друга, давая нам более полную картину Вселенной.

Галактики излучают электромагнитный спектр в диапазоне длин волн, от гамма-лучей до радиоволн и всего, что между ними. Все это дает нам важную информацию о различной физике, происходящей в галактике.

Когда галактики находятся рядом с нами, их свет не сильно изменился с момента излучения, и мы можем исследовать широкий спектр этих длин волн, чтобы понять, что происходит внутри них.

Но когда галактики очень далеко, у нас больше нет такой роскоши. Свет от самых далеких галактик, каким мы его видим сейчас, был растянут до более длинных и красных длин волн из-за расширения Вселенной.

Это означает, что часть света, который был бы виден нашим глаза, когда он был впервые испущен, с тех пор потерял энергию по мере расширения Вселенной. Теперь это совершенно другая область электромагнитного спектра. Это явление называется космологическим красным смещением.

И здесь JWST действительно сияет. Широкий диапазон инфракрасных длин волн, обнаруживаемых JWST, позволяет ему видеть галактики, которые Хаббл никогда не мог. Объедините эту возможность с огромным зеркалом JWST и превосходным разрешением пикселей, и вы получите самую мощную машину времени в известной Вселенной.

Световой возраст не равен расстоянию

Используя JWST, мы сможем запечатлеть очень далекие галактики такими, какими они были всего через 100 миллионов лет после Большого взрыва, который произошел около 13,8 миллиардов лет назад. Таким образом, мы сможем увидеть свет 13,7 миллиардов лет назад.

Однако ваш мозг может пострадать от того, что эти галактики не находятся на расстоянии 13,7 миллиардов световых лет от нас. Фактическое расстояние до этих галактик сегодня составляет около 46 миллиардов световых лет.

Это несоответствие связано с расширением Вселенной и затрудняет работу в очень больших масштабах.

Вселенная расширяется за счет так называемой темной энергии. Считается, что это универсальная константа, действующая одинаково во всех областях пространства-времени (ткань нашей Вселенной).

И чем больше Вселенная расширяется, тем большее влияние темная энергия оказывает на ее расширение. Вот почему, несмотря на то, что Вселенной 13,8 миллиарда лет, на самом деле ее диаметр составляет около 93 миллиардов световых лет.

Мы не можем увидеть влияние темной энергии в галактическом масштабе (в пределах Млечного Пути). , но мы можем видеть его на гораздо больших космологических расстояниях.

Расслабьтесь и наслаждайтесь

Мы живем в замечательное время технологий. Всего 100 лет назад мы не знали, что существуют галактики за пределами нашей собственной. Теперь, по нашим оценкам, их триллионы, и мы избалованы выбором.

И в обозримом будущем JWST будет отправлять нас в путешествие сквозь пространство и время каждую неделю.

Сара Уэбб, научный сотрудник с докторской степенью, Центр астрофизики и суперкомпьютеров Технологического университета Суинберна.

Эта статья перепечатана из The Conversation under лицензия Creative Commons. Прочтите исходную статью.