هل يمكن للتلسكوب أن يرى بداية الزمن؟ يوضح أحد علماء الفلك

Curious Kids هي سلسلة للأطفال من جميع الأعمار. إذا كان لديك سؤال تريد أن يجيب عليه أحد الخبراء، فأرسله إلى Curiouskidsus@theconversation.com.

يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي، أو JWST باختصار، واحدًا من أكثر التلسكوبات تقدمًا على الإطلاق. بدأ التخطيط لـ JWST منذ أكثر من 25 عامًا، وامتدت جهود البناء لأكثر من عقد من الزمن. تم إطلاقه إلى الفضاء في 25 ديسمبر 2021، وفي غضون شهر وصل إلى وجهته النهائية: على بعد 930 ألف ميل من الأرض. موقعها في الفضاء يسمح لها برؤية الكون دون عائق نسبيًا.

كان تصميم التلسكوب عبارة عن جهد عالمي، بقيادة وكالة ناسا، وكان يهدف إلى دفع حدود المراقبة الفلكية من خلال الهندسة الثورية. مرآتها ضخمة – يبلغ قطرها حوالي 21 قدمًا (6.5 مترًا). وهذا ما يقرب من ثلاثة أضعاف حجم تلسكوب هابل الفضائي، الذي تم إطلاقه في عام 1990 وما زال يعمل حتى اليوم.

إنها مرآة التلسكوب التي تسمح له بجمع الضوء. إن تلسكوب جيمس ويب الفضائي كبير جدًا لدرجة أنه يمكنه “رؤية” المجرات والنجوم الأضعف والأبعد في الكون. يمكن لأجهزتها الحديثة أن تكشف معلومات حول تكوين ودرجة حرارة وحركة هذه الأجسام الكونية البعيدة.

باعتباري عالم فيزياء فلكية، فإنني أنظر باستمرار إلى الوراء في الزمن لأرى كيف كانت تبدو النجوم والمجرات والثقوب السوداء فائقة الكتلة عندما بدأ ضوءها رحلته نحو الأرض، وأنا أستخدم هذه المعلومات لفهم نموها وتطورها بشكل أفضل. بالنسبة لي، ولآلاف من علماء الفضاء، يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي بمثابة نافذة على ذلك الكون المجهول.

إلى أي مدى يمكن لـ JWST أن ينظر إلى الكون وإلى الماضي؟ حوالي 13.5 مليار سنة.

السفر عبر الزمن

لا يُظهر التلسكوب النجوم والمجرات والكواكب الخارجية كما هي الآن. وبدلاً من ذلك، يلقي علماء الفلك لمحة عما كانوا عليه في الماضي. يستغرق الضوء وقتًا للانتقال عبر الفضاء والوصول إلى تلسكوباتنا. في جوهر الأمر، هذا يعني أن النظرة إلى الفضاء هي أيضًا رحلة إلى الوراء في الزمن.

وهذا ينطبق حتى على الأشياء القريبة جدًا منا. الضوء الذي تراه من الشمس غادرها قبل حوالي 8 دقائق و 20 ثانية. هذا هو الوقت الذي يستغرقه ضوء الشمس للسفر إلى الأرض.

يمكنك بسهولة القيام بالحسابات على هذا. ينتقل كل الضوء – سواء كان ضوء الشمس أو المصباح الكهربائي أو المصباح الكهربائي في منزلك – بسرعة 186000 ميل (حوالي 300000 كيلومتر) في الثانية. وهذا يزيد قليلاً عن 11 مليون ميل (حوالي 18 مليون كيلومتر) في الدقيقة. تبعد الشمس حوالي 93 مليون ميل (150 مليون كيلومتر) عن الأرض. ويصل ذلك إلى حوالي 8 دقائق و20 ثانية.

ولكن كلما كان الشيء بعيدًا، كلما استغرق ضوءه وقتًا أطول للوصول إلينا. ولهذا السبب فإن الضوء الذي نراه من بروكسيما سنتوري، أقرب نجم إلينا غير شمسنا، يبلغ من العمر 4 سنوات؛ أي أنها تبعد حوالي 25 تريليون ميل (حوالي 40 تريليون كيلومتر) عن الأرض، لذلك يستغرق الضوء ما يزيد قليلاً عن أربع سنوات للوصول إلينا. أو كما يقول العلماء أربع سنوات ضوئية.

في الآونة الأخيرة، رصد تلسكوب جيمس ويب الفضائي إيرينديل، وهو أحد أبعد النجوم المكتشفة على الإطلاق. يبلغ عمر الضوء الذي يراه JWST من Earendel حوالي 12.9 مليار سنة.

ينظر تلسكوب جيمس ويب الفضائي إلى زمن أبعد بكثير مما كان ممكنًا في السابق باستخدام التلسكوبات الأخرى، مثل تلسكوب هابل الفضائي. على سبيل المثال، على الرغم من أن هابل يستطيع رؤية أجسام أكثر خفوتًا بمقدار 60 ألف مرة من قدرة العين البشرية، إلا أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي يمكنه رؤية أجسام أكثر خفوتًا بتسع مرات تقريبًا من قدرة هابل.

الانفجار الكبير

ولكن هل من الممكن أن نرى العودة إلى بداية الزمن؟

الانفجار الكبير هو مصطلح يستخدم لتحديد بداية كوننا كما نعرفه. ويعتقد العلماء أن ذلك حدث منذ حوالي 13.8 مليار سنة. إنها النظرية الأكثر قبولًا على نطاق واسع بين الفيزيائيين لشرح تاريخ كوننا.

ومع ذلك، فإن الاسم مضلل بعض الشيء، لأنه يشير إلى أن انفجارًا ما، مثل الألعاب النارية، هو الذي خلق الكون. يمثل الانفجار الكبير بشكل أوثق مظهر الفضاء المتوسع بسرعة في كل مكان في الكون. كانت البيئة بعد الانفجار الكبير مباشرة مشابهة للضباب الكوني الذي غطى الكون، مما جعل من الصعب على الضوء أن يسافر خارجه. وفي نهاية المطاف، بدأت المجرات والنجوم والكواكب في النمو.

ولهذا السبب يُطلق على هذه الحقبة في الكون اسم “العصور المظلمة الكونية”. ومع استمرار الكون في التوسع، بدأ الضباب الكوني في الارتفاع، وتمكن الضوء في النهاية من السفر بحرية عبر الفضاء. في الواقع، رصد عدد قليل من الأقمار الصناعية الضوء الذي خلفه الانفجار الكبير، بعد حوالي 380 ألف سنة من حدوثه. تم تصميم هذه التلسكوبات للكشف عن التوهج المتبقي من الانفجار الكبير، والذي يمكن تتبع ضوءه في نطاق الموجات الميكروية.

ومع ذلك، حتى بعد 380 ألف سنة من الانفجار الكبير، لم تكن هناك نجوم ومجرات. كان الكون لا يزال مكانًا مظلمًا للغاية. لن تنتهي العصور المظلمة الكونية إلا بعد بضع مئات الملايين من السنين، عندما بدأت النجوم والمجرات الأولى في التشكل.

لم يتم تصميم تلسكوب جيمس ويب الفضائي لرصد ما يعود إلى زمن الانفجار الكبير، ولكن بدلاً من ذلك لرؤية الفترة التي بدأت فيها الأجسام الأولى في الكون بالتشكل وإصدار الضوء. قبل هذه الفترة الزمنية، كان هناك القليل من الضوء الذي يمكن لتلسكوب جيمس ويب الفضائي مراقبته، نظرًا لظروف الكون المبكر وقلة المجرات والنجوم.

إن العودة إلى الفترة الزمنية القريبة من الانفجار الكبير ليست مجرد مسألة وجود مرآة أكبر، فقد فعل علماء الفلك ذلك بالفعل باستخدام أقمار صناعية أخرى تراقب انبعاث الموجات الميكروية بعد وقت قصير جدًا من الانفجار الكبير. لذا، فإن تلسكوب جيمس ويب الفضائي الذي يراقب الكون بعد بضع مئات الملايين من السنين من الانفجار الكبير لا يشكل قيدًا على التلسكوب. بل هذه في الواقع مهمة التلسكوب. إنه انعكاس للمكان الذي نتوقع ظهور أول ضوء من النجوم والمجرات فيه.

ومن خلال دراسة المجرات القديمة، يأمل العلماء في فهم الظروف الفريدة للكون المبكر والحصول على نظرة ثاقبة للعمليات التي ساعدتها على الازدهار. يتضمن ذلك تطور الثقوب السوداء الهائلة، ودورة حياة النجوم، ومما تتكون الكواكب الخارجية – عوالم خارج نظامنا الشمسي.

مرحبًا أيها الأطفال الفضوليون! هل لديك سؤال تود أن يجيب عليه أحد الخبراء؟ اطلب من شخص بالغ أن يرسل سؤالك إلى CuriousKidsUS@theconversation.com. من فضلك أخبرنا باسمك وعمرك والمدينة التي تعيش فيها.

وبما أن الفضول ليس له حد عمري – أيها البالغون، أخبرنا بما تتساءل عنه أيضًا. لن نتمكن من الإجابة على كل الأسئلة، لكننا سنبذل قصارى جهدنا.

تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: عدي فورد، جامعة ميريلاند، مقاطعة بالتيمور

اقرأ أكثر:

لا يعمل Adi Ford لدى أي شركة أو مؤسسة أو يستشيرها أو يمتلك أسهمًا فيها أو يتلقى تمويلًا منها قد تستفيد من هذه المقالة، ولم يكشف عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينه الأكاديمي.