Секрет, який допомагає телескопу Джеймса Вебба досліджувати ранній Всесвіт

(Ден Трі) - Машина, здатна бачити світло від галактик, що утворилися 13 мільярдів років тому. Телескоп Джеймса Вебба був створений, щоб втілити цю місію в реальність.

«Машина часу» досліджує ранній Всесвіт

Зображення туманності NGC 604, що знаходиться на відстані приблизно 2,7 мільйона світлових років від Землі, отримане космічним телескопом імені Джеймса Вебба (Фото: NASA/ESA/CSSA/STScl).

З моменту запуску в грудні 2021 року космічний телескоп імені Джеймса Вебба облетів навколо Землі понад мільйон миль, відправивши назад захоплюючі дух зображення глибокого космосу.

Отже, що дозволило Веббу «бачити» так далеко, навіть назад у часі, щоб дослідити ранній Всесвіт?

Секрет криється в потужній системі камер Webb, особливо в її здатності вловлювати інфрачервоне світло – тип світла, який людське око не бачить.

Коли Вебб робить знімок далекої галактики, астрономи насправді бачать цю галактику мільярди років тому.

Світло від галактики подорожувало космосом мільярди років, щоб досягти дзеркала телескопа. Вебб ніби є «машиною часу», яка фіксує зображення Всесвіту на його найдавніших стадіях.

Використовуючи гігантське дзеркало для збору цього стародавнього світла, Вебб розкриває нові таємниці Всесвіту.

Вебб: Телескоп, який «бачить» тепло

На відміну від телескопа Хаббл чи звичайних камер, які знімають лише видиме світло, Вебб призначений для запису інфрачервоного світла.

Інфрачервоне світло має довші хвилі, ніж видиме світло, тому воно невидиме для людського ока. Однак, Вебб може вловлювати цей тип світла для вивчення найдавніших і найвіддаленіших об'єктів у Всесвіті.

Інфрачервоні камери, як і окуляри нічного бачення, дозволяють «бачити» інфрачервоні хвилі, що випромінюються теплими об’єктами, такими як люди та тварини. Температура зображення вимірюється в градусах Фаренгейта (зображення: NASA/JPL-Caltech).

Хоча інфрачервоне світло невидиме для людського ока, спеціалізовані пристрої, такі як інфрачервоні камери або теплові датчики, можуть виявляти його як тепло.

Окуляри нічного бачення, які використовують інфрачервоне світло для виявлення теплих об'єктів у темряві, є яскравим прикладом. Вебб також застосовує подібну технологію для вивчення зірок, галактик і планет.

Причина, чому Вебб використовує інфрачервоне світло, полягає в тому, що видиме світло від далеких галактик, подорожуючи крізь космос, розтягується через розширення Всесвіту.

Це розширення перетворює видиме світло на інфрачервоне. В результаті, найдальші галактики в космосі більше не світяться у видимому світлі, а в слабкому інфрачервоному. Вебб спеціально розроблений для виявлення цього типу світла.

Гігантське золоте дзеркало: збирання найслабшого світла

Перш ніж світло досягне камери, його має вловити гігантське золоте дзеркало Вебба, яке має ширину понад 6,5 метрів і складається з 18 менших дзеркал, розташованих у формі стільників.

Дзеркальна поверхня покрита тонким шаром золота не лише для покращення естетики, але й тому, що золото надзвичайно добре відбиває інфрачервоне світло.

Це дзеркало збирає світло з глибокого космосу та відбиває його на інструменти телескопа. Чим більше дзеркало, тим більше світла воно збирає і тим далі може бачити. Дзеркало Вебба є найбільшим з усіх, що коли-небудь відправлялися людиною в космос.

Велике дзеркало Вебба, що складається з 18 маленьких шестикутних дзеркал і покрите золотом (фото: NASA).

NIRCam та MIRI: надчутливі «очі» Вебба

Двома найважливішими науковими інструментами Вебба, які виконують роль камер, є NIRCam та MIRI.

NIRCam (камера ближнього інфрачервоного випромінювання) – це основна камера Webb, яка робить приголомшливі зображення галактик і зірок. Вона також має коронограф – пристрій, який блокує зоряне світло, щоб він міг робити знімки дуже слабких об’єктів поблизу яскравих джерел світла, таких як планети, що обертаються навколо яскравих зірок.

NIRCam працює, вловлюючи ближнє інфрачервоне світло (найближчий тип світла до того, що може бачити людське око) та розкладаючи його на різні довжини хвиль. Це дозволяє вченим визначати не лише форму об'єкта, але й його склад.

Різні матеріали в космосі поглинають та випромінюють інфрачервоне світло на певних довжинах хвиль, створюючи унікальний «хімічний відбиток». Вивчаючи ці відбитки, вчені можуть дізнатися про властивості далеких зірок і галактик.

MIRI (інструмент середнього інфрачервоного діапазону) виявляє довші інфрачервоні хвилі, що особливо корисно для виявлення холодніших і запилених об'єктів, таких як зірки, що все ще формуються всередині газових хмар. MIRI може навіть допомогти знайти підказки про типи молекул в атмосферах планет, які можуть підтримувати життя.

Обидві камери набагато чутливіші, ніж стандартні камери, що використовуються на Землі. NIRCam та MIRI можуть виявляти найменшу кількість тепла на відстані мільярдів світлових років. Якби у вас була NIRCam Вебба своїми очима, ви могли б побачити тепло від бджоли на Місяці.

Перші глибокофотонні зображення Вебба: зображення MIRI ліворуч та зображення NIRCam праворуч (зображення: NASA).

Щоб виявляти слабке тепло від віддалених об'єктів, Вебб повинен залишатися надзвичайно холодним. Саме тому він носить гігантський сонцезахисний козирок розміром з тенісний корт. Цей п'ятишаровий сонцезахисний козирок блокує тепло від Сонця, Землі і навіть Місяця, підтримуючи температуру Вебба близько мінус 223 градусів Цельсія.

MIRI має бути ще холоднішим, тому в нього є власний спеціальний холодильник, який називається кріохолодильником, щоб підтримувати температуру близько мінус 266 градусів Цельсія. Якби Вебб був хоч трохи теплішим, його власне тепло перебило б слабкі сигнали, які він намагався виявити.

Перетворіть навколишнє світло на яскраві зображення

Коли світло досягає камери Вебба, воно потрапляє на сенсори, які називаються детекторами. Ці детектори не роблять звичайних знімків, як камера телефону.

Замість цього вони перетворюють інфрачервоне світло на цифрові дані, які потім надсилаються назад на Землю, де вчені обробляють їх та перетворюють на повнокольорові зображення.

Кольори, які ми бачимо на зображеннях Вебба, не є тим, що камера «бачить» безпосередньо. Оскільки інфрачервоне світло невидиме, вчені призначають кольори різним довжинам хвиль, щоб допомогти нам зрозуміти, що знаходиться на зображенні.

Ці оброблені зображення допомагають виявити структуру, вік та склад галактик, зірок тощо.

Використовуючи гігантське дзеркало для збору невидимого інфрачервоного світла та його передачі на ультрахолодні камери, телескоп Джеймса Вебба дозволив нам побачити формування галактик від самого початку Всесвіту, тобто ми бачимо те, що сталося близько 14 мільярдів років тому.

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