ΕΙΣΑΓΩΓΗ / ΠΕΡΙ ΤΟΥ JAMES WEBB. Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) ξεκίνησε το ταξίδι του στις 25/12/2021 (https://fkp2100.blogspot.com/2021/12/james-webb.html). Ένα τηλεσκόπιο από το οποίο, όπως έχουμε δει και σε παλαιότερες αναρτήσεις μας, υπάρχουν πολλές προσδοκίες και δικαίως. Θα «βλέπει» στο κοντινό και μέσο υπέρυθρο φάσμα, κάτι που θα του επιτρέψει να δει πολύ μακρύτερα (και πολύ πιο «πίσω» στο χρόνο) από ότι τα υπόλοιπα τηλεσκόπια που έχουμε χρησιμοποιήσει μέχρι σήμερα. Πιο πίσω από 13.5 δισεκατομμύρια έτη πριν το σήμερα, σε μια εποχή όπου στο Σύμπαν σχηματίζονταν οι πρώτοι γαλαξίες και τα πρώτα άστρα.
Για κάτι τέτοιο, το James Webb (που έλαβε το όνομά του από τον πρώην διευθυντή της NASA, την περίοδο 1961-68) θα έπρεπε να είναι εξοπλισμένο με ένα αρκούντως μεγάλο κάτοπτρο και να διατηρείται σε αρκετά χαμηλές θερμοκρασίες προστατευμένο από την ηλιακή ακτινοβολία. Αυτές οι δυο απαιτήσεις από μόνες τους, ήταν αρκετές για να θέσουν μεγάλες προκλήσεις στους μηχανικούς της NASA, για το πώς να «πακετάρουν» μια ιδιαίτερα εύθραυστη αλλά και μεγάλη κατασκευή, σε έναν πύραυλο που θα την πάει στο διάστημα και στη συνέχεια να «ξεδιπλωθεί» βήμα-βήμα χωρίς κανένα πρόβλημα. Το συνολικό εγχείρημα είχε περίπου 400 «κρίσιμα» σημεία-βήματα, όπου αν έστω και σε ένα από αυτά, κάτι πήγαινε στραβά, τότε ολόκληρη η αποστολή θα βρισκόταν σε κίνδυνο. Τελικώς, πήγαν όλα καλά!
Το τηλεσκόπιο βρίσκεται στο L2 (σημείο Lagrange 2, ένα από τα 5 σημεία Lagrange, στο σύστημα Γης – Ήλιου, τα οποία αποτελούν σημεία ισορροπίας ανάμεσα στις βαρυτικές δυνάμεις από το σύστημα και τη φυγόκεντρο δύναμη που έχει ο δορυφόρος, δηλαδή ιδανικά σημεία για τοποθέτηση δορυφόρων, καθώς η θέση τους παραμένει σταθερή, με τις ελάχιστες δυνατές διορθώσεις στην τροχιά τους). Βλέπε και επεξηγηματικό σχήμα με τα σημεία Lagrange.
.png)
Πώς έμοιαζε το πρώιμο σύμπαν; Πώς και πότε σχηματίστηκαν τα πρώτα αστέρια και οι γαλαξίες; Από τι αποτελείται η ατμόσφαιρα των εξωπλανητών και ποιοι πλανήτες (μπορεί να) φιλοξενούν ζωή; Το JWST θα αντιμετωπίσει αυτά τα θεμελιώδη και συναρπαστικά όπως και πολλά άλλα ερωτήματα που στηρίζουν τις απαρχές του ίδιου του σύμπαντος.
Η ΠΡΩΤΗ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ ΒΑΘΕΟΣ ΠΕΔΙΟΥ. Μια πρώτη ματιά από τις δυνατότητές του, πήραμε σήμερα 12/7/2022. Η φωτογραφία που κυκλοφόρησε το ξημέρωμα (ώρα Ελλάδας) της 12ης Ιουλίου, αποτελεί την λεπτομερέστερη, μέχρι σήμερα, φωτογραφία ενός μικροσκοπικού τμήματος του πρώιμου Σύμπαντος. Είναι η 1η φωτογραφία βαθέος πεδίου του JWST και ελήφθη με δεδομένα 12.5 ωρών από το τηλεσκόπιο (όταν το Hubble, για σύγκριση, σε ανάλογες φωτογραφίες βαθέος πεδίου, χρειαζόταν βδομάδες). Απεικονίζει το γαλαξιακό σμήνος SMACS 0723, περίπου στο κέντρο της φωτογραφίας, όπως ήταν 4.6 δισεκατομμύρια έτη πριν το σήμερα (καθώς βρίσκεται τόσα έτη φωτός μακριά από εμάς, άρα τόσο χρόνο χρειάζεται το φως για να φτάσει σε εμάς), ενώ υπάρχουν γαλαξίες σε αυτήν που «χρονολογούνται» ως και παραπάνω από 13 δισεκατομμύρια έτη πριν το σήμερα (βλέπε εδώ: https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2022/07/Webb_spectra_identify_galaxies_in_the_very_early_Universe ).
Τι είναι όμως αυτοί οι «παραμορφωμένοι» γαλαξίες; Η μάζα αυτού του σμήνους (SMACS 0723), είναι αρκούντως μεγάλη, ώστε να δρα ως «βαρυτικός φακός». Αυτός αποτελεί ένα φαινόμενο που έχουμε δει και σε παλαιότερες αναρτήσεις μας και συνίσταται στην οπτική παραμόρφωση αστρικών αντικειμένων που βρίσκονται πίσω από το σμήνος (στη συγκεκριμένη περίπτωση), λόγω της εκτροπής της πορείας του φωτός από το σμήνος που βρίσκεται ανάμεσα σε εμάς και αυτά, κάτι που, στη φωτογραφία, διακρίνεται ως παραμόρφωση σε διάφορα αντικείμενα, κυρίως σε γαλαξίες. Παρατηρήστε ότι κάποιοι γαλαξίες φαίνονται «τεντωμένοι» σχηματίζοντας τόξα ή ακόμη και «δαχτυλίδια» κάποιες φορές, γύρω από το σμήνος. Βλέπε και επεξηγηματικό σχήμα περί «δαχτυλιδιών του Einstein», για το πώς λειτουργούν οι «βαρυτικοί φακοί».
.png)
Η ΔΕΥΤΕΡΗ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ / ΛΕΠΤΟΜΕΡΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΕΞΩΠΛΑΝΗΤΗ. Πρόκειται για τον εξωπλανήτη WASP-96 b, ο οποίος βρίσκεται στον Γαλαξία μας και σε απόσταση 1150 ετών φωτός μακριά από εμάς, στον αστερισμό του Φοίνικα (ορατός από το νότιο ημισφαίριο). Πρόκειται για έναν θερμό «αέριο γίγαντα» (συγκρίσιμο σε διαστάσεις με τον Δία), με θερμοκρασία επιφανείας άνω των 1000 βαθμών Κελσίου, ολοκληρώνοντας μια περιφορά γύρω από το άστρο του σε μόλις 3.5 μέρες. Βρίσκεται πολύ κοντά στο άστρο του (περίπου το 1/9 της απόστασης του Ερμή από τον Ήλιο μας, για σύγκριση). Το JWST ανίχνευσε υδρατμούς μαζί με νέφη και ομίχλη στον συγκεκριμένο εξωπλανήτη, αναδεικνύοντας την ανεπανάληπτη δυνατότητα που έχουμε πλέον, να αναλύουμε δεδομένα από ατμόσφαιρες εξωπλανητών σε αποστάσεις εκατοντάδων και χιλιάδων ετών φωτός μακριά, ώστε να ανιχνεύουμε δυνητικά κατοικήσιμους εξωπλανήτες (ερευνώντας για στοιχεία-«κλειδιά», όπως νερό, μεθάνιο, διοξείδιο του άνθρακα, οξυγόνο, κ.α.). Το φάσμα ελήφθη καθώς ο εξωπλανήτης έκανε διέλευση μπροστά από το άστρο του (βλέπε επεξηγηματικό σχήμα φωτομετρίας διέλευσης).
.png)
Η ΤΡΙΤΗ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ / Ο «ΘΑΝΑΤΟΣ» ΕΝΟΣ ΑΣΤΡΟΥ. Πρόκειται για ένα πλανητικό νεφέλωμα, με όνομα NGC 3132 το οποίο βρίσκεται περίπου 2500 έτη φωτός μακριά. Στο κέντρο του νεφελώματος, βρίσκεται ένα διπλό σύστημα αστέρων πολύ κοντά το ένα στο άλλο. Το πιο αμυδρό από αυτά, έχασε τμήματα της μάζας του μετά από διαδοχικές εκρήξεις που σήμαναν και το τέλος της «ζωής» του. Αυτό το υλικό, απομακρύνεται σε διαδοχικά κελύφη, ακτινικά προς τα έξω, δημιουργώντας αυτό το εντυπωσιακό σκηνικό. Το JWST μπορεί να ανιχνεύσει τη σύσταση αυτών των στρωμάτων υλικού, ώστε να κατασκευαστεί ένα ακριβές χρονοδιάγραμμα της διαδικασίας, με ανεπανάληπτη λεπτομέρεια. Το άλλο άστρο του διπλού συστήματος, βρίσκεται σε πιο πρώιμο στάδιο της αστρικής του εξέλιξης και είναι πιθανό να συνεισφέρει και αυτό, με τη σειρά του, σε ένα ακόμη πλανητικό νεφέλωμα στο μέλλον. Όλο αυτό το υλικό, διασκορπίζεται στον μεσοαστρικό χώρο, με το πέρασμα του χρόνου, και κάποια στιγμή θα αποτελέσει την πρώτη ύλη για τη δημιουργία ενός νέου άστρου ή πλανήτη, κάπου αλλού.
Η ΤΕΤΑΡΤΗ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ / ΕΞΕΛΙΞΗ ΓΑΛΑΞΙΩΝ ΚΑΙ ΜΕΛΑΝΕΣ ΟΠΕΣ. Σε αυτήν την φωτογραφία, βλέπουμε 5 γαλαξίες (λέγεται Stephan’s Quintet ή HCG 92) εκ των οποίων μόνο οι 4 είναι «μαζί» στην πραγματικότητα, αλληλεπιδρώντας βαρυτικά, και βρίσκονται περίπου 290 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Ο πέμπτος (πιο αριστερά από όλους) βρίσκεται πολύ πιο μπροστά και πιο κοντά σε εμάς, απέχοντας 40 εκατομμύρια έτη φωτός. Χαρακτηριστικό της λεπτομέρειας της φωτογραφίας είναι το ότι μπορεί κάποιος να διακρίνει και πολλά άστρα σε αυτόν τον γαλαξία. Από τους άλλους 4 γαλαξίες, αυτός που βρίσκεται στην κορυφή (NGC 7319), φιλοξενεί έναν ενεργό γαλαξιακό πυρήνα (μια υπερμαζική μελανή οπή με μάζα 24 εκατομμύρια φορές αυτής του Ήλιου) η οποία ακτινοβολεί ενέργεια ίση με εκείνη 40 δισεκατομμυρίων Ήλιων. Η ανεπανάληπτη λεπτομέρεια με την οποία μπορούμε να παρατηρήσουμε τέτοια συστήματα, θα μας επιτρέψει, εκτός των άλλων, να κατανοήσουμε περισσότερα για το ρυθμό με τον οποίο «τρέφονται» και μεγαλώνουν οι υπερμαζικές μελανές οπές όπως η προαναφερθείσα.
Η ΠΕΜΠΤΗ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ / ΓΕΝΝΗΣΗ ΤΩΝ ΑΣΤΡΩΝ. Σε αυτή τη φωτογραφία, βλέπουμε μια λεπτομέρεια από το νεφέλωμα της Τρόπιδος (Carina nebula) και πιο συγκεκριμένα, μια περιοχή γέννησης αστέρων (με όνομα NGC 3324, 7600 έτη φωτός μακριά). Η σκόνη και τα αέρια που βλέπουμε εδώ, αποτελούν πρώτη ύλη για τη δημιουργία αστέρων. Για πρώτη φορά βλέπουμε με τέτοια λεπτομέρεια μια τέτοια περιοχή, κάτι που μας αποκαλύπτει πάρα πολλές διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα εκεί. Αυτό συμβαίνει χάρη στο υπέρυθρο φάσμα του JWST, που μπορεί να διαπεράσει την κοσμική σκόνη και να αποκαλύψει «μυστικά» που δεν μπορούσαμε να δούμε σε αντίστοιχες φωτογραφίες στο ορατό φάσμα. Με αυτόν τον τρόπο, αναμένεται να κατανοήσουμε περισσότερα σχετικά με την αστρογένεση και τις ισορροπίες που καθορίζουν τον αριθμό των άστρων που θα δημιουργηθούν σε τέτοιες περιοχές.
Φωτογραφίες: JWST / NASA, ESA, CSA, STScI.
Φωτογραφία σύγκρισης Hubble/Webb: Jason Major (https://twitter.com/JPMajor)
Περισσότερα: https://www.nature.com/articles/d41586-022-01906-6
Φωτογραφίες (NASA site): https://www.nasa.gov/content/first-images-from-the-james-webb-space-telescope
Φωτογραφίες (ESA site): https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Sets/Webb_First_Images/(result_type)/images
Περισσότερα για τη διαστημική εξερεύνηση, τις προκλήσεις που θα κληθούμε να αντιμετωπίσουμε, αλλά και το μέλλον της ανθρωπότητας και του Σύμπαντος, στον τόμο ΙΙΙ, τον πιο συναρπαστικό τόμο της τριλογίας «Τα φυσικά φαινόμενα», τον οποίο μπορείτε να αποκτήσετε από τη σελίδαμας με έκπτωση και μηδενικά έξοδα αποστολής με ένα μήνυμα! Ρωτήστε μας!
Περισσότερα για τους βαρυτικούς φακούς, τη Γενική αλλά και την Ειδική Σχετικότητα, όπως και την Κοσμολογία, θα βρείτε στον τόμο ΙΙ του έργου «Τα φυσικά φαινόμενα», τον οποίο μπορείτε να αποκτήσετε απότη σελίδα μας με έκπτωση και μηδενικά έξοδα αποστολής με ένα μήνυμα! Ρωτήστε μας!
----------------------------------------------------------------
