Secretul care ajută telescopul James Webb să exploreze universul timpuriu

(Dan Tri) - O mașinărie capabilă să vadă lumina galaxiilor s-a format acum 13 miliarde de ani. Telescopul James Webb a fost construit pentru a transforma această misiune în realitate.

„Mașina timpului” explorează universul timpuriu

Imagine a nebuloasei NGC 604, aflată la aproximativ 2,7 milioane de ani-lumină de Pământ, realizată de Telescopul Spațial James Webb (Foto: NASA/ESA/CSSA/STScl).

De la lansarea sa din decembrie 2021, Telescopul Spațial James Webb a orbitat Pământul pe mai mult de un milion de mile, trimițând înapoi imagini uluitoare din spațiul cosmic.

Deci, ce i-a permis lui Webb să „vadă” atât de departe, chiar și înapoi în timp pentru a explora universul timpuriu?

Secretul constă în puternicul sistem de camere al lui Webb, în ​​special în capacitatea sa de a capta lumina infraroșie – un tip de lumină pe care ochiul uman nu o poate vedea.

Când Webb face o fotografie a unei galaxii îndepărtate, astronomii văd de fapt acea galaxie de acum miliarde de ani.

Lumina galaxiei a călătorit prin spațiu timp de miliarde de ani pentru a ajunge la oglinda telescopului. Este ca și cum Webb ar fi o „mașină a timpului” care captează imagini ale universului în primele sale etape.

Folosind o oglindă gigantică pentru a colecta această lumină străveche, Webb descoperă noi secrete despre univers.

Webb: Telescopul care „vede” căldura

Spre deosebire de telescopul Hubble sau de camerele convenționale, care fotografiază doar lumina vizibilă, Webb este conceput să înregistreze lumina infraroșie.

Lumina infraroșie are lungimi de undă mai mari decât lumina vizibilă, deci este invizibilă pentru ochiul uman. Cu toate acestea, Webb poate capta acest tip de lumină pentru a studia cele mai vechi și mai îndepărtate obiecte din univers.

Camerele cu infraroșu, asemenea ochelarilor de vedere nocturnă, vă permit să „vedeți” undele infraroșii emise de obiecte calde, cum ar fi oamenii și animalele. Temperatura imaginii este măsurată în grade Fahrenheit (imagine: NASA/JPL-Caltech).

Deși lumina infraroșie este invizibilă pentru ochiul uman, dispozitive specializate, cum ar fi camerele cu infraroșu sau senzorii termici, o pot detecta ca fiind căldură.

Ochelarii de vedere nocturnă, care utilizează lumina infraroșie pentru a detecta obiecte calde în întuneric, sunt un exemplu excelent. Webb aplică, de asemenea, o tehnologie similară pentru a studia stelele, galaxiile și planetele.

Motivul pentru care Webb folosește lumina infraroșie este acela că, pe măsură ce lumina vizibilă provenită de la galaxiile îndepărtate călătorește prin spațiu, aceasta este întinsă din cauza expansiunii universului.

Această expansiune transformă lumina vizibilă în lumină infraroșie. Drept urmare, cele mai îndepărtate galaxii din spațiu nu mai strălucesc în lumină vizibilă, ci în lumină infraroșie slabă. Webb este special conceput pentru a detecta acest tip de lumină.

Oglinda aurie gigantică: Colectarea celei mai slabe lumini

Înainte ca lumina să ajungă la cameră, aceasta trebuie să fie captată de oglinda aurie gigantică a lui Webb, care are o lățime de peste 6,5 metri și este alcătuită din 18 oglinzi mai mici, aranjate ca un fagure de miere.

Suprafața oglinzii este acoperită cu un strat subțire de aur, nu doar pentru a spori estetica, ci și pentru că aurul reflectă extrem de bine lumina infraroșie.

Această oglindă colectează lumina din spațiul cosmic și o reflectă pe instrumentele telescopului. Cu cât oglinda este mai mare, cu atât colectează mai multă lumină și cu atât poate vedea mai departe. Oglinda lui Webb este cea mai mare trimisă vreodată în spațiu de către oameni.

Oglinda mare a lui Webb, alcătuită din 18 oglinzi hexagonale mici și acoperită cu aur (foto: NASA).

NIRCam și MIRI: „Ochii” super-sensibili ai lui Webb

Cele două instrumente științifice cele mai importante ale lui Webb, care acționează ca niște camere, sunt NIRCam și MIRI.

NIRCam (Near Infrared Camera - Camera în infraroșu apropiat) este camera principală a companiei Webb, care realizează imagini uimitoare ale galaxiilor și stelelor. De asemenea, are un coronograf – un dispozitiv care blochează lumina stelelor, astfel încât să poată fotografia obiecte foarte slabe aflate în apropierea surselor de lumină puternică, cum ar fi planetele care orbitează în jurul stelelor strălucitoare.

NIRCam funcționează prin captarea luminii în infraroșu apropiat (cel mai apropiat tip de lumină de ceea ce poate vedea ochiul uman) și descompunerea acesteia în diferite lungimi de undă. Acest lucru permite oamenilor de știință nu numai să determine forma unui obiect, ci și compoziția acestuia.

Diferite materiale din spațiu absorb și emit lumină infraroșie la anumite lungimi de undă, creând o „amprentă chimică” unică. Studiind aceste amprente, oamenii de știință pot afla despre proprietățile stelelor și galaxiilor îndepărtate.

MIRI (instrument în infraroșu mediu) detectează lungimi de undă în infraroșu mai mari, care sunt deosebit de utile pentru detectarea obiectelor mai reci și mai prăfuite, cum ar fi stelele care încă se formează în interiorul norilor de gaz. MIRI poate chiar ajuta la găsirea de indicii despre tipurile de molecule din atmosferele planetelor care ar putea susține viața.

Ambele camere sunt mult mai sensibile decât camerele standard folosite pe Pământ. NIRCam și MIRI pot detecta chiar și cea mai mică cantitate de căldură de la miliarde de ani-lumină distanță. Dacă ați avea NIRCam-ul lui Webb drept ochi, ați putea vedea căldura unei albine de pe Lună.

Primele imagini în câmp profund realizate de Webb: imaginea MIRI în stânga și imaginea NIRCam în dreapta (imagine: NASA).

Pentru a detecta o căldură slabă provenită de la obiecte îndepărtate, Webb trebuie să stea la o temperatură extrem de scăzută. De aceea, poartă o parasolară gigantică de dimensiunea unui teren de tenis. Această parasolară cu cinci straturi blochează căldura de la soare, Pământ și chiar de la lună, menținând Webb la o temperatură de aproximativ minus 223 de grade Celsius.

MIRI trebuie să fie și mai rece, așa că are propriul său frigider special, numit criocooler, pentru a-l menține aproape de minus 266 de grade Celsius. Dacă Webb ar fi chiar puțin mai cald, propria căldură ar copleși semnalele slabe pe care încearcă să le detecteze.

Transformă lumina ambientală în imagini vii

Când lumina ajunge la camera lui Webb, aceasta atinge niște senzori numiți detectori. Acești detectori nu fac fotografii obișnuite, precum o cameră de telefon.

În schimb, ele convertesc lumina infraroșie în date digitale, care sunt apoi trimise înapoi pe Pământ, unde oamenii de știință le procesează și le transformă în imagini color.

Culorile pe care le vedem în imaginile lui Webb nu sunt ceea ce „vede” direct camera. Deoarece lumina infraroșie este invizibilă, oamenii de știință atribuie culori diferitelor lungimi de undă pentru a ne ajuta să înțelegem ce se află în imagine.

Aceste imagini procesate ajută la dezvăluirea structurii, vârstei și compoziției galaxiilor, stelelor și a altor obiecte.

Folosind o oglindă gigantică pentru a colecta lumina infraroșie invizibilă și a o trimite către camere ultra-reci, telescopul James Webb ne-a permis să vedem galaxiile care se formează chiar de la începutul universului, ceea ce înseamnă că vedem ce s-a întâmplat acum aproximativ 14 miliarde de ani.

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