Hemmeligheten som hjelper James Webb-teleskopet med å utforske det tidlige universet

(Dan Tri) – En maskin som er i stand til å se lys fra galakser dannet for 13 milliarder år siden. James Webb-teleskopet ble bygget for å gjøre dette oppdraget til virkelighet.

«Tidsmaskin» utforsker det tidlige universet

Bilde av tåken NGC 604, omtrent 2,7 millioner lysår fra jorden, tatt av James Webb-romteleskopet (Foto: NASA/ESA/CSSA/STScl).

Siden oppskytningen i desember 2021 har James Webb-romteleskopet gått i bane rundt jorden mer enn en million kilometer, og sendt tilbake fantastiske bilder av verdensrommet.

Så, hva gjorde det mulig for Webb å «se» så langt, til og med tilbake i tid for å utforske det tidlige universet?

Hemmeligheten ligger i Webbs kraftige kamerasystem, spesielt dets evne til å fange infrarødt lys – en type lys som det menneskelige øyet ikke kan se.

Når Webb tar et bilde av en fjern galakse, ser astronomene faktisk den galaksen som var milliarder av år tidligere.

Lys fra galaksen har reist gjennom rommet i milliarder av år for å nå teleskopets speil. Det er som om Webb er en «tidsmaskin» som fanger bilder av universet i dets tidligste stadier.

Ved å bruke et gigantisk speil til å samle dette eldgamle lyset, avdekker Webb nye hemmeligheter om universet.

Webb: Teleskopet som «ser» varme

I motsetning til Hubble-teleskopet eller konvensjonelle kameraer, som bare tar bilder av synlig lys, er Webb designet for å registrere infrarødt lys.

Infrarødt lys har lengre bølgelengder enn synlig lys, så det er usynlig for det menneskelige øyet. Webb kan imidlertid fange denne typen lys for å studere de tidligste og fjerneste objektene i universet.

Infrarøde kameraer, som nattkikkerter, lar deg «se» infrarøde bølger som sendes ut av varme objekter som mennesker og dyr. Temperaturen på bildet måles i grader Fahrenheit (bilde: NASA/JPL-Caltech).

Selv om infrarødt lys er usynlig for det menneskelige øyet, kan spesialiserte enheter som infrarøde kameraer eller termiske sensorer oppdage det som varme.

Nattkikkerter, som bruker infrarødt lys til å oppdage varme objekter i mørket, er et godt eksempel. Webb bruker også lignende teknologi for å studere stjerner, galakser og planeter.

Grunnen til at Webb bruker infrarødt lys er fordi synlig lys fra fjerne galakser strekker seg ut på grunn av universets utvidelse når det beveger seg gjennom rommet.

Denne utvidelsen omdanner synlig lys til infrarødt lys. Som et resultat lyser ikke lenger de fjerneste galaksene i rommet i synlig lys, men i svakt infrarødt lys. Webb er spesielt utviklet for å oppdage denne typen lys.

Gigantisk gyllent speil: Samle det svakeste lyset

Før lyset når kameraet, må det fanges opp av Webbs gigantiske gullspeil, som er mer enn 6,5 meter bredt og består av 18 mindre speil arrangert som en bikake.

Speiloverflaten er dekket med et tynt lag med gull, ikke bare for å øke estetikken, men også fordi gull reflekterer infrarødt lys ekstremt godt.

Dette speilet samler lys fra verdensrommet og reflekterer det inn på teleskopets instrumenter. Jo større speilet er, desto mer lys samler det inn og desto lenger kan det se. Webbs speil er det største som noen gang er sendt ut i verdensrommet av mennesker.

Webbs store speil, bygd opp av 18 små sekskantede speil og belagt med gull (foto: NASA).

NIRCam og MIRI: Webbs superfølsomme «øyne»

Webbs to viktigste vitenskapelige instrumenter, som fungerer som kameraer, er NIRCam og MIRI.

NIRCam (Near Infrared Camera) er Webbs hovedkamera, som tar fantastiske bilder av galakser og stjerner. Det har også en koronagraf – en enhet som blokkerer stjernelys slik at det kan ta bilder av svært svake objekter i nærheten av sterke lyskilder, som planeter som går i bane rundt lyse stjerner.

NIRCam fungerer ved å fange nær-infrarødt lys (den typen lys som er nærmest det menneskeøyet kan se) og dele det opp i forskjellige bølgelengder. Dette lar forskere ikke bare bestemme formen på et objekt, men også dets sammensetning.

Ulike materialer i rommet absorberer og sender ut infrarødt lys med bestemte bølgelengder, og skaper dermed et unikt «kjemisk fingeravtrykk». Ved å studere disse fingeravtrykkene kan forskere lære om egenskapene til fjerne stjerner og galakser.

MIRI (mid-infrared instrument) oppdager lengre infrarøde bølgelengder, som er spesielt nyttige for å oppdage kaldere og støvete objekter, som stjerner som fortsatt dannes inne i gasskyer. MIRI kan til og med bidra til å finne ledetråder om hvilke typer molekyler i planetenes atmosfærer som kan støtte liv.

Begge kameraene er mye mer følsomme enn standardkameraer som brukes på jorden. NIRCam og MIRI kan oppdage den minste mengde varme fra milliarder av lysår unna. Hvis du hadde Webbs NIRCam som øyne, kunne du se varmen fra en bie på månen.

Webbs første dypfeltbilder: MIRI-bilde til venstre og NIRCam-bilde til høyre (bilde: NASA).

For å oppdage svak varme fra fjerne objekter, må Webb holde seg ekstremt kald. Derfor har den et gigantisk solskjold på størrelse med en tennisbane. Dette femlags solskjoldet blokkerer varme fra solen, jorden og til og med månen, og holder Webb på en temperatur på rundt minus 223 grader Celsius.

MIRI må være enda kaldere, så den har sitt eget spesielle kjøleskap, kalt en kryokjøler, for å holde den nær minus 266 grader Celsius. Hvis Webb var bare litt varmere, ville dens egen varme overdøve de svake signalene den prøvde å oppdage.

Gjør om omgivelseslyset om til levende bilder

Når lyset når Webbs kamera, treffer det sensorer som kalles detektorer. Disse detektorene tar ikke vanlige bilder slik som et telefonkamera.

I stedet konverterer de infrarødt lys til digitale data, som deretter sendes tilbake til jorden, hvor forskere behandler det og gjør det om til fargebilder.

Fargene vi ser i Webbs bilder er ikke det kameraet «ser» direkte. Siden infrarødt lys er usynlig, tilordner forskere farger til forskjellige bølgelengder for å hjelpe oss å forstå hva som er i bildet.

Disse bearbeidede bildene bidrar til å avsløre strukturen, alderen og sammensetningen av galakser, stjerner og mer.

Ved å bruke et gigantisk speil til å samle usynlig infrarødt lys og sende det til ultrakalde kameraer, har James Webb-teleskopet latt oss se galakser som dannes helt fra universets begynnelse, noe som betyr at vi ser det som skjedde for omtrent 14 milliarder år siden.

Kilde: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/bi-mat-giup-kinh-vien-vong-james-webb-co-the-kham-pha-vu-tru-so-khai-20250710034510062.htm