JWST наконец-то отвечает на наши самые большие космические вопросы

Если вы хотите узнать, как выглядит Вселенная, все, что вам нужно сделать, это посмотреть. Чем лучше ваши глаза, тем лучше вы будете видеть, поэтому многие из наших достижений в астрономии совпали с достижениями и усовершенствованиями наших оптических телескопов. Мы строили их все больше по размеру: телескопы класса 8-10 метров в настоящее время лидируют в мире с земли, а телескопы класса 30 метров уже на подходе. Мы оснастили эти телескопы лучшими и более чувствительными инструментами, которые максимально эффективно используют каждый квант собираемого ими света, используя фильтры различной длины волны, спектроскопию и множество других передовых методов.

На земле мы разработали беспрецедентные системы адаптивной оптики, позволяющие «сглаживать» искажения, вносимые атмосферой, а в некоторых случаях даже поднялись над атмосферой и в космос. Чем лучше глаза, тем больше Вселенная становится в фокусе.

Но есть предел тому, что вы можете сделать с помощью оптических телескопов, и эти пределы установлены самой Вселенной. По мере расширения Вселенной длина волны света, проходящего через нее, растягивается, и это растяжение становится тем сильнее, чем дальше находится объект. Ультрафиолетовый свет расширяется до оптического диапазона, а затем за его пределами: до инфракрасного. Именно здесь на помощь приходит космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST). Благодаря своим инфракрасным глазам и расположению далеко в космосе он действительно открывает Вселенную такой, какой мы только мечтали ее увидеть, изобилующей огромными достижениями и сюрпризами.

На Земле мы строго ограничены тем, какие виды света могут передаваться через атмосферу. Мы можем видеть оптический свет очень хорошо, но лишь небольшие доли ультрафиолетовой и ближней инфракрасной частей спектра. Мы почти не видим рентгеновского или гамма-излучения, а также почти никакого света среднего, дальнего инфракрасного или микроволнового диапазона, прежде чем все снова прояснится в радио. В этом огромное преимущество космоса: вы не только устраняете эффект размытия земной атмосферы, но и некоторые очень важные длины волн света совершенно невозможно наблюдать с Земли.

Хаббл предоставил удивительное количество данных не только в оптических длинах волн, но и в ближнем инфракрасном диапазоне. Причина, по которой Хаббл вблизи выглядит как «консервная банка», заключается в том, что мы хотим, чтобы он был холодным: отражал как можно больше света и тепла, которые с ним сталкиваются. Инфракрасный свет — это то, что мы воспринимаем как тепло, и мы знаем, что, если предметы станут достаточно горячими, они будут светиться видимым светом: красным, оранжевым, желтым или даже бело-синим, если достаточно жарко. Даже если вы не можете увидеть его свечение в видимом свете, такие объекты, как космический телескоп Хаббла, излучают значительное количество света в инфракрасном диапазоне. В результате, несмотря на усилия по отражению, которые были предприняты с помощью Хаббла, он способен наблюдать только на расстоянии около ~ 2 микрон, прежде чем тепловой шум заглушит инструменты.

Вот почему JWST так примечателен во многих отношениях, по крайней мере, с точки зрения астронома.

Чтобы исследовать эти длины волн среднего инфракрасного диапазона, инструмент, который использует эти данные (MIRI: прибор среднего инфракрасного диапазона), должен быть охлажден еще сильнее; это единственная система, которая активно охлаждается на борту JWST, вплоть до ~6-7 К. JWST, вооруженная этими возможностями, способна видеть галактики, которые слишком далеки, слишком слабы и чей свет растянут слишком долго. длина волны расширяющейся Вселенной, которую сможет увидеть Хаббл.

Но пока мы не посмотрели, было неясно, насколько хорош будет JWST по сравнению со своими предшественниками. Причина в том, что мы используем его для исследования еще ненаблюдаемой Вселенной, о которой у нас пока нет никаких данных. Конечно, у нас есть ожидания относительно того, что, по нашему мнению, должно быть там, но Вселенная и раньше была полна сюрпризов и таких вопросов, как:

— это все вопросы, на которые JWST сможет ответить впервые.

Есть пять основных предложений первого года обучения, которые пытались ответить на эти вопросы путем глубокого изучения значительных регионов внегалактической Вселенной. Два из них, Panoramic и COSMOS-Web, пока не опубликовали никаких результатов. Две другие, GLASS и CEERS, нашли множество ультрадалеких галактик, включая примеры галактик, которые превзошли более ранние рекорды Хаббла GN-z11: галактики, свет которой пришел к нам всего через 400 миллионов лет после Большого взрыва.