Mi is beszámoltunk róla, hogy nyilvánosságra hozták a James Webb űrteleszkóp által készített első képet, amelyen a SMACS 0723 galaxishalmaz és környezete látható. A kép még laikusoknak is érdekes lehet, de sokkal izgalmasabb, ha tudjuk, hogy miért is olyan különleges.
Ahhoz, hogy megértsük, mennyire részletes is a Webb képe, érdemes megnézni, hogy milyen fotót lőtt a JWST elődjének tartott Hubble a galaxishalmazról:
Ránézésre is egyértelmű, hogy a Webb képe sokkal részletgazdagabb – és ezzel sokkal messzebb is lát bele a múltba. A Webb-fotó 4,6 milliárd évvel ezelőtti állapotban mutatja be a galaxishalmazt. De hogyan lehetséges ez?
Ahhoz, hogy jó messzire vissza tudjunk látni az időben, először is kell találni egy viszonylag érintetlen részét az éjszakai égboltnak. Hogy ez mit jelent?
- Nincsenek a közelben fényes csillagok a Tejútrendszerből.
- A célok közelében sincsenek fényes, kiterjedt, rendkívül közeli galaxisok.
- Még a legfényesebb csillagok és galaxisok is elég halványak ahhoz, hogy semmilyen beállítás mellett ne telítsék el a detektorokat és a műszereket.
A James Webb űrteleszkópnak az a feladata, hogy a lehető legtöbb releváns szűrővel (amelyek egy nagyon meghatározott hullámhossz-tartományt vizsgálnak) készítsen egy részletgazdag képsorozatot, vagyis különböző hullámhosszú fényt gyűjtsön össze az égbolt ugyanabból a régiójából. Az ugyanazt a szűrőt használó képek – azaz amelyek az égbolt adott területét pontosan ugyanabban a hullámhossz-tartományban nézik – azután „egymásra halmozódnak”: az egyes képkockák fénye összeadódik, így az adott hullámhossz-tartományban észlelhető leghalványabb objektumok is láthatók. Ahhoz, hogy a szemünk úgy értelmezze a végső képet, ahogy egy valós fényképet nézünk, kutatók – miután a több különböző szűrővel készült felvételeket is kombinálják – minden szűrőhöz vagy szűrőkészlethez külön színeket rendelnek hozzá.
A Hubble teleszkópot elsősorban optikai obszervatóriumnak tervezték: úgy optimalizálták, hogy ugyanolyan hullámhosszú fényt rögzítsen, amelyre az emberi szem érzékeny. Mivel az űrben található, messze a Föld légköre felett, nincsenek ugyanolyan korlátai, mint a földi teleszkópoknak: képes olyan hullámhosszokra is nézni, amelyeket egyébként a Föld légköre blokkol. Ez azt jelenti, hogy látja az ultraibolya (rövidebb hullámhosszú) fényt is érzékeli, és a spektrum infravörös (hosszabb hullámhosszú) részébe is belelát.
Minden különböző hullámhossz-tartománynak megvan a maga egyedi felbontása, ha az összegyűjtött fényről van szó. Általánosságban elmondható, hogy a felbontást a fény azon hullámhosszainak száma határozza meg az adott hullámhossz-tartományban, amit a teleszkóp elsődleges tükrének átmérője alapján be tud fogadni. Bár az emberi érzékelés 400-tól 700 nanométeres hullámhosszig terjed, a teleszkópokhoz különböző szűrők rendelhetők, hogy több más hullámhosszt is képesek legyenek felfogni.
A 2,4 méter átmérőjű tükörrel rendelkező Hubble esetében ez azt jelenti, hogy a „kék” szűrője (körülbelül 400 nanométer) nagyjából kétszer olyan jó felbontású, mint a „piros” szűrője (körülbelül 800 nanométer), és az infravörös szűrője (1050 nanométertől 1600 nanométerig terjedő tartomány) ismét csak fele olyan élesen lát a leghosszabb hullámhosszon.
De miben jobb a Webb, mint a Hubble?
Először is, több infravörös fényt képes felfogni – már abból adódóan, hogy a Hubble maga is túl „meleg”, vagyis sok sugárzást bocsát ki ahhoz, hogy ebben a tartományban igazán hasznos méréseket tudjon végezni. A James Webb azonban hatékonyabban hűti le magát, így többet lát infravörös tartományban is. Ez azért fontos, mert a legtávolabbi objektumokat jellemzően nem azon a hullámhosszon tudjuk detektálni, amiben a fényt eredetileg kibocsátották – mivel az univerzum folyamatosan tágul, a fény hullámhossza is nagyobb és nagyobb lesz. A Hubble éppen ezért nem tudja megmutatni nekünk azokat az objektumokat, amelyek az univerzum történetének első 3 százalékából bocsátanak ki fényt.
Nem úgy, mint a James Webb távcső: ez ugyanis sokkal nagyobb hullámhosszokat is képes detektálni. Vannak olyan távoli objektumok, amelyeknek a fényük 13,4 milliárd év alatt ér el hozzánk, és ezzel túllépünk a Hubble korlátain. Ha látni akarjuk a legkorábbi galaxisokat, az első csillagokat és a legfiatalabb objektumokat, amelyek valaha is kialakultak az univerzumon, egyszerűen túl kell lépnünk a jelenlegi technológia lehetőségein. Ez nagyobb hullámhosszakat és hűvösebb obszervatóriumokat kíván, és a James Webb űrteleszkóp pontosan ezt biztosítja.
Ha a számokat nézzük, a James Webb műszerei nagyjából tizennégyszer nagyobb hullámhosszokat is képesek rögzíteni, mint amilyeneket a Hubble tudott. És ezúttal a méret is lényeges: a James Webb sokkal nagyobb tükörrel rendelkezik, mint a Hubble, ami azt jelenti, hogy jobb felbontásban lát. Ha az ember messzebbre szeretne látni a távoli univerzumban, és olyan jellemzőket is rögzítene, amelyeket korábban nem tudott, akkor növelnie kell a befogott fény teljes mennyiségét. A Webb, különösen a legalacsonyabb hullámhosszokon, élesebb képeket produkál, mint a Hubble valaha is tudott, köszönhetően a nagy, 6,5 méteres elsődleges tükörnek, amely a Hubble átmérőjének 270 százaléka. Ha az összes hullámhosszot nézzük, a James Webb hétszer annyi fényt képes összegyűjteni, mint a Hubble.
A James Webb célpontja, a SMACS 0723 galaxishalmaz egyébként azért is különleges, mert akkora tömegkoncentrációt képvisel, hogy az képes eltorzítani és meghajlítani a téridőt – úgy hangzik, mintha valami scifiből idéznénk, pedig ilyesmi tényleg létezik. Ennek hatására a galaxishalmaz mögötti objektumok felnagyítva jelennek meg, amelyeket eddig soha nem láthattunk, mert túl halványak vagy túl távoliak voltak.
Bár a hivatalos képanyag nem tartalmaz tudományos adatokat, állítólag számos objektum fénye 13,5 milliárd évvel ezelőttről érkezett a távcsőhöz, ami hozzávetőleg 100 millió évvel tolja korábbra a legkorábbi kozmikus észlelést. A további részletek ismerete nélkül is olyan objektumokat tár fel az űrtávcső a képen, amelyek egyszerűen nem voltak láthatók a Hubble technológiájával. És ez még csak a kezdet.
