Hvordan James Webb-rumteleskopet lader os se de første galakser i universet

Det har været en spændende uge med udgivelsen af ​​betagende billeder af vores univers af James Webb Space Telescope (JWST). Billeder som det nedenfor giver os en chance for at se svage fjerne galakser, som de var for mere end 13 milliarder år siden.

Det er det perfekte tidspunkt at træde tilbage og værdsætte vores førsteklasses billet til universets dybder, og hvordan disse billeder giver os mulighed for at se tilbage i tiden.

Disse billeder rejser også interessante pointer om, hvordan universets udvidelse påvirker den måde, vi beregner afstande på i en kosmologisk skala.

Moderne tidsrejser

At se tilbage i tiden lyder måske som et mærkeligt koncept, men det er hvad rumforskere gør hver eneste dag.

Vores univers er bundet af fysikkens regler, hvor en af ​​de mest kendte "regler" er lysets hastighed. Og når vi taler om "lys", refererer vi faktisk til alle bølgelængderne på tværs af det elektromagnetiske spektrum, som bevæger sig med omkring 300.000 kilometer i sekundet.

Lys rejser så hurtigt, at det i vores hverdag ser ud til at være øjeblikkeligt. Selv ved disse halsbrækkende hastigheder tager det stadig noget tid at rejse overalt i kosmos.

Når man ser på månen, ser man den faktisk, som den var for 1,3 sekunder siden. Det er kun et lille kig tilbage i tiden, men det er stadig fortiden. Det er det samme med sollys, bortset fra at fotoner (lyspartikler), der udsendes fra solens overflade, rejser lidt over otte minutter, før de endelig når Jorden.

Vores galakse, Mælkevejen, strækker sig over 100.000+ lysår. Og de smukke nyfødte stjerner set på JWSTs Carina Nebula-billede er 7.500 lysår væk. Med andre ord er denne tåge som afbildet fra en tid omkring 2.000 år tidligere, end da den første skrift nogensinde menes at være opfundet i det gamle Mesopotamien.

Hver gang vi ser væk fra Jorden, ser vi tilbage i tiden til, hvordan tingene engang var. Dette er en supermagt for astronomer, fordi vi kan bruge lys, som observeret gennem tiden, til at forsøge at pusle sammen mysteriet om vores univers.

Hvad gør JWST spektakulær

Rumbaserede teleskoper lader os se visse lysområder, der ikke er i stand til at passere gennem Jordens tætte atmosfære. Hubble-rumteleskopet blev designet og optimeret til at bruge både ultraviolet (UV) og synlige dele af det elektromagnetiske spektrum.

JWST er designet til at bruge en bred vifte af infrarødt lys. Og dette er en vigtig grund til, at JWST kan se længere tilbage i tiden end Hubble.

Galakser udsender en række bølgelængder på det elektromagnetiske spektrum, fra gammastråler til radiobølger og alt derimellem. Alle disse giver os vigtige oplysninger om de forskellige fysik, der forekommer i en galakse.

Når galakser er i nærheden af ​​os, har deres lys ikke ændret sig så meget, siden de blev udsendt, og vi kan undersøge en lang række af disse bølgelængder for at forstå, hvad der sker indeni dem.

Men når galakser er ekstremt langt væk, har vi ikke længere den luksus. Lyset fra de fjerneste galakser, som vi ser det nu, er blevet strakt til længere og rødere bølgelængder på grund af universets udvidelse.

Det betyder, at noget af det lys, der ville have været synligt for vores øjne, da det først blev udsendt, har siden mistet energi, da universet udvidede sig. Det er nu i et helt andet område af det elektromagnetiske spektrum. Dette er et fænomen kaldet "kosmologisk rødforskydning".

Og det er her JWST virkelig skinner. Den brede vifte af infrarøde bølgelængder, der kan detekteres af JWST, gør det muligt for den at se galakser, som Hubble aldrig kunne. Kombiner denne evne med JWST's enorme spejl og suveræne pixelopløsning, og du har den mest kraftfulde tidsmaskine i det kendte univers.

Let alder er ikke lig med afstand

Ved at bruge JWST vil vi være i stand til at fange ekstremt fjerne galakser, som de kun var 100 millioner år efter Big Bang - hvilket skete for omkring 13,8 milliarder år siden.

Så vi vil kunne se lys fra 13,7 milliarder år siden. Det, der er ved at skade din hjerne, er imidlertid, at disse galakser ikke er 13,7 milliarder lysår væk. Den faktiske afstand til disse galakser i dag ville være ~46 milliarder lysår.

Denne uoverensstemmelse er alt takket være det ekspanderende univers og gør det svært at arbejde i meget stor skala.

Universet bliver brugt på grund af noget, der kaldes "mørk energi". Det menes at være en universel konstant, der virker ens på alle områder af rum-tid (strukturen i vores univers).

Og jo mere universet udvider sig, jo større effekt har mørk energi på dets ekspansion. Det er derfor, selvom universet er 13,8 milliarder år gammelt, så er det faktisk omkring 93 milliarder lysår på tværs.

Vi kan ikke se effekten af ​​mørk energi på en galaktisk skala (inden for Mælkevejen), men vi kan se den over meget større kosmologiske afstande.

Læn dig tilbage og nyd

Vi lever i en bemærkelsesværdig teknologisk tid. For bare 100 år siden vidste vi ikke, at der var galakser uden for vores egen. Nu vurderer vi, at der er billioner, og vi er forkælet med valg.

I en overskuelig fremtid vil JWST tage os med på en rejse gennem rum og tid hver eneste uge. Du kan holde dig opdateret med de seneste nyheder, når NASA udgiver dem. + Udforsk yderligere

NASA afslører Webb-teleskopets første kosmiske mål

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.