Сможет ли телескоп когда-нибудь увидеть начало времени?

Космический телескоп Джеймса Уэбба, или сокращенно JWST, – один из самых передовых телескопов, когда-либо созданных. Планирование JWST началось более 25 лет назад, а строительство продолжалось более десяти лет. Он был запущен в космос 25 декабря 2021 года и прибыл в пункт назначения месяц спустя: на расстоянии 930 000 миль от Земли. Благодаря своему местоположению в космосе, он имеет относительно беспрепятственный обзор Вселенной.

Конструкция телескопа – результат глобальных усилий НАСА по расширению границ астрономических наблюдений с помощью революционных технологий. Его зеркало огромно – около 21 фута (6,5 метра) в диаметре. Оно почти в три раза больше, чем у космического телескопа “Хаббл”, который был запущен в 1990 году и работает до сих пор.

Это зеркало телескопа, которое позволяет ему собирать свет. Телескоп JWST настолько велик, что сможет “увидеть” самые тусклые и далекие галактики и звезды во Вселенной. Его передовые инструменты могут предоставить информацию о составе, температуре и движении этих далеких космических объектов.

Как астрофизик, я постоянно смотрю в прошлое, чтобы увидеть, как выглядели звезды, галактики и сверхмассивные черные дыры, когда их свет начал свой путь к Земле, и использую эту информацию, чтобы лучше понять их рост и эволюцию. Для меня и тысяч ученых, изучающих космос, космический телескоп Джеймса Уэбба – это окно в неизвестную вселенную.

Как далеко назад JWST сможет заглянуть в космос и в прошлое? Около 13,5 миллиардов лет.

Путешествие во времени

Телескоп показывает звезды, галактики и экзопланеты не такими, какими они являются сейчас. Вместо этого астрономы получают представление о том, какими они были в прошлом. Свету требуется время, чтобы пройти через пространство и достичь наших телескопов. По сути, это означает, что, глядя в космос, мы путешествуем в прошлое.

Это справедливо даже для объектов, которые находятся совсем близко от нас. Свет, который вы видите от Солнца, покинул его примерно 8 минут 20 секунд назад. Именно столько времени требуется солнечному свету, чтобы достичь Земли.

Вы можете легко подсчитать это. Любой свет – будь то солнечный свет, фонарик или лампочка в вашем доме – распространяется со скоростью 186 000 миль (почти 300 000 километров) в секунду. Это чуть больше 11 миллионов миль (около 18 миллионов километров) в минуту. Солнце находится на расстоянии около 93 миллионов миль (150 миллионов километров) от Земли. Это составляет около 8 минут 20 секунд.

Но чем дальше что-то находится, тем больше времени требуется, чтобы его свет дошел до нас. Вот почему свет Проксимы Центавра, самой близкой к нам звезды, помимо Солнца, мы видим уже четыре года. То есть она находится на расстоянии около 25 триллионов миль (около 40 триллионов километров) от Земли, поэтому свету требуется чуть больше четырех лет, чтобы достичь нас. Или, как любят говорить ученые, четыре световых года.

Совсем недавно JWST наблюдал за Эаренделем, одной из самых далеких звезд, когда-либо открытых. Возраст звезды Эарендель, которую видит JWST, составляет около 12,9 миллиарда лет.

Космический телескоп Джеймса Уэбба позволяет заглянуть в прошлое гораздо дальше, чем это было возможно с помощью других телескопов, например, космического телескопа Хаббла. Например, если “Хаббл” может видеть объекты в 60 000 раз тусклее, чем способен человеческий глаз, то JWST может видеть объекты почти в девять раз тусклее, чем даже “Хаббл”.

Большой взрыв

Но возможно ли заглянуть в начало времен?

Большой взрыв – это термин, используемый для определения начала нашей Вселенной, какой мы ее знаем. Ученые считают, что он произошел около 13,8 миллиарда лет назад. Это наиболее распространенная среди физиков теория, объясняющая историю нашей Вселенной.

Однако это название немного вводит в заблуждение, поскольку предполагает, что Вселенная возникла в результате какого-то взрыва, похожего на фейерверк. Большой взрыв более точно отражает вид быстро расширяющегося пространства во всей Вселенной.

Сразу после Большого взрыва окружающая среда была похожа на космический туман, который окутывал Вселенную, затрудняя выход света за ее пределы. Со временем галактики, звезды и планеты начали расти.

Именно поэтому эту эпоху во Вселенной называют “космическими темными веками”. По мере расширения Вселенной космический туман начал рассеиваться, и свет наконец-то смог свободно перемещаться в пространстве.

На самом деле несколько спутников наблюдают за светом, оставшимся после Большого взрыва, спустя примерно 380 000 лет после него. Эти телескопы были созданы для обнаружения пятнистого свечения, оставшегося после Большого взрыва, свет которого можно отследить в микроволновом диапазоне.

Однако даже через 380 000 лет после Большого взрыва не было ни звезд, ни галактик. Вселенная все еще оставалась очень темным местом. Космические темные времена закончились только через несколько сотен миллионов лет, когда начали формироваться первые звезды и галактики.

Космический телескоп Джеймса Уэбба был создан не для наблюдения за Большим взрывом, а для наблюдения за периодом, когда первые объекты во Вселенной начали формироваться и излучать свет.

До этого момента у космического телескопа Джеймса Уэбба будет мало света для наблюдения, учитывая условия ранней Вселенной и отсутствие галактик и звезд.

Для изучения периода времени, близкого к Большому взрыву, требуется не только зеркало большего размера – астрономы уже делали это с помощью других спутников, наблюдавших микроволновое излучение вскоре после Большого взрыва.

Так что наблюдение космического телескопа Джеймса Уэбба за Вселенной через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва – это не ограничение телескопа. Скорее, это миссия телескопа. Это отражение того, где во Вселенной мы ожидаем появления первого света от звезд и галактик.

Изучая древние галактики, ученые надеются понять уникальные условия ранней Вселенной и разобраться в процессах, которые способствовали их расцвету. В частности, речь идет об эволюции сверхмассивных черных дыр, жизненном цикле звезд и о том, из чего состоят экзопланеты – миры за пределами нашей Солнечной системы.

Ади Фурд, доцент кафедры астрономии и астрофизики, Университет Мэриленда, округ Балтимор.