ראה כיצד טלסקופ החלל ג'יימס ווב חולל מהפכה באסטרונומיה ב-3 שנים בלבד

אבק בלב הגלקסיה NGC628. נאס"א / ESA / CSA / ג'ודי שמידט, CC BY

ביום הזה לפני שלוש שנים, היינו עדיםההשקה כוססת הציפורנייםשל טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST), הטלסקופ הגדול והחזק ביותר שבני אדם שלחו אי פעם לחלל.

לקח 30 שנה לבנות, אבל בשלוש שנות פעילות קצרות, JWST כבר עשה זאת.

הוא חקר את מערכת השמש שלנו, חקר את האטמוספרות של כוכבי לכת מרוחקים בחיפוש אחר סימני חיים וחקר את המעמקים הרחוקים ביותר כדי למצוא את הכוכבים והגלקסיות הראשונים שנוצרו ביקום.

הנה מה ש-JWST לימד אותנו על היקום המוקדם מאז השקתו - ועל התעלומות החדשות שהוא חשף.

מפלצות כחולות ומפחידות

דחף את הגבול של כמה רחוק אנחנו יכולים להסתכל לתוך היקום כדי למצוא את הכוכבים והגלקסיות הראשונים. עם האטמוספרה של כדור הארץ, מיקומו בחלל מאפשר תנאים מושלמים להציץ אל מעמקי הקוסמוס עם אור אינפרא אדום.

השיא הנוכחי של הגלקסיה הרחוקה ביותר שאושר על ידי JWST מתוארך לתקופה שבה היקוםהיה בן כ-300 מיליון שנה בלבד. באופן מפתיע, בתוך חלון הזמן הקצר הזה, הגלקסיה הזו הצליחה ליצור בערך פי 400 מיליון מהמסה של השמש שלנו.

זה מצביע על כך שהיווצרות כוכבים ביקום המוקדם הייתה יעילה ביותר. והגלקסיה הזו היא לא היחידה.

כאשר גלקסיות גדלות, הכוכבים שלהן מתפוצצים ויוצרים אבק. ככל שהגלקסיה גדולה יותר, כך יש בה יותר אבק. אבק זה גורם לגלקסיות להיראות אדומות מכיוון שהוא סופג את האור הכחול. אבל הנה המלכוד: JWST הראה שהגלקסיות הראשונות האלה בהירות ומסיביות להחרידוכחול מאוד, ללא סימן לאבק כלשהו. זו חידה אמיתית.

ישנן תיאוריות רבות להסביר את הטבע המוזר של הגלקסיות הראשונות הללו. האם יש להם כוכבים ענקיים שפשוט קורסים בגלל כוח הכבידה מבלי לעבור?

או שיש להם פיצוצים כל כך גדולים שכל האבק נדחק הרחק מהגלקסיה וחושף ליבה כחולה נטולת אבק? אולי האבק נהרס בגלל הקרינה העזה מהכוכבים האקזוטיים המוקדמים האלה - אנחנו פשוט לא יודעים עדיין.

התרשמות האמן כיצד תיראה גלקסיה כחולה ביקום המוקדם. ESO/M. קורנמסר.

כימיה יוצאת דופן בגלקסיות מוקדמות

הכוכבים המוקדמים היו אבני הבניין העיקריות של מה שהפך בסופו של דבר לחיים. היקום התחיל עם מימן, הליום וכמות קטנה של ליתיום בלבד. כל שאר היסודות, מהסידן בעצמותינו ועד החמצן באוויר שאנו נושמים, נרקמו בליבות הכוכבים הללו.

JWST גילה את זהלגלקסיות מוקדמות יש גם מאפיינים כימיים יוצאי דופן.

הם מכילים כמות משמעותית של חנקן, הרבה יותר ממה שאנו רואים בשמש שלנו, בעוד שרוב המתכות האחרות קיימות בכמות נמוכה יותר. זה מרמז שהיו תהליכים במשחק ביקום המוקדם שאנחנו עדיין לא מבינים עד הסוף.

JWST הראה את הדגמים שלנו כיצד כוכבים מניעים אתעדיין לא שלמים, כלומר אנחנו עדיין לא מבינים לגמרי את התנאים שהובילו לקיומנו.

דברים קטנים שסיימו את העידנים האפלים הקוסמיים

באמצעות צבירי גלקסיות מסיביים כמשקפי מגדלת ענקיים, המצלמות הרגישות של JWST יכולות גם להציץ עמוק לתוך הקוסמוסלמצוא את הגלקסיות החלשות ביותר.

דחפנו עוד יותר כדי למצוא את הנקודה שבה הגלקסיות הופכות כל כך חלשות, שהן מפסיקות ליצור כוכבים לחלוטין. זה עוזר לנו להבין את התנאים שבהם מסתיימת היווצרות הגלקסיה.

JWST עדיין לא מצא את הגבול הזה. עם זאת, היא חשפה גלקסיות חלשות רבות, הרבה יותר מהצפוי, שפולטות יותר מארבעה מהפוטונים האנרגטיים (חלקיקי האור) שציפינו.

התגלית מעידה כי ייתכן שהגלקסיות הקטנות הללו מילאו תפקיד מכריעסיום "העידן האפל" הקוסמיזמן לא רב אחרי המפץ הגדול.

מלבנים מדגישים את הפתחים של מערך הספקטרוגרף הקרוב לאינפרא אדום של JWST, שדרכו נלכד האור ונותח כדי לפענח את המסתורין של ההרכבים הכימיים של הגלקסיות.Atek et al., 2024, Nature

המקרה המסתורי של הנקודות האדומות הקטנות

התמונות הראשונות של JWST הביאו לעוד תגלית דרמטית ובלתי צפויה. היקום המוקדם מאוכלס בשפע של "נקודות אדומות קטנות”: מקורות צבע אדום קומפקטיים ממקור לא ידוע.

בתחילה חשבו שכןגלקסיות סופר-צפופות מסיביות שלא אמורות להיות אפשריות, אבל תצפיות מפורטות בשנה האחרונה חשפו שילוב של תכונות תמוהות וסותרות.

פולט אור במהירויות עצומות, אלפי קילומטרים לשנייה, אופייני לגז שמתערבל סביב חור שחור סופר מסיבי.

תופעה זו, הנקראת גרעין גלקטי פעיל, מעידה בדרך כלל על אטירוף האכלהשבו חור שחור סופר מסיבי זולל את כל הגז שסביבו, גדל במהירות.

אבל אלה לא הגרעינים הגלקטיים הפעילים שלך מזן הגן. בתור התחלה: הם לא פולטים שום קרני רנטגן שניתן לזהות, כפי שמצופה בדרך כלל. אפילו יותר מסקרן, נראה שיש להם תכונות של אוכלוסיות כוכבים.

האם הגלקסיות הללו יכולות להיות גם כוכבים וגם גרעינים גלקטיים פעילים בו-זמנית? או איזה שלב אבולוציוני באמצע? לא משנה מה הם, הנקודות האדומות הקטנות כנראה הולכות ללמד אותנו משהו על לידתם של חורים שחורים סופר מסיביים וכוכבים בגלקסיות.

ברקע מוצגת תמונת ה-JWST של אשכול פנדורה (Abell 2744), עם נקודה אדומה קטנה מודגשת בשיבוץ כחול. החזית הקדמית משמאל מציגה מונטאז' של כמה נקודות אדומות קטנות שהתגלו על ידי JWST. מותאם מ-Furtak et al., ומ-Matthee et al., The Astrophysical Journal, 2023-2024; צוותי JWST-GLASS ו-UNCOVER

הגלקסיות המוקדמות באופן בלתי אפשרי

כמו גם גלקסיות מוקדמות תוססות במיוחד,JWST מצא גם גופות מתות מאוד: גלקסיות ביקום המוקדם שהן שרידים של היווצרות כוכבים אינטנסיבית עם עלות השחר הקוסמית.

גופות אלו נמצאו על ידי האבל וטלסקופים קרקעיים, אבל רק ל-JWST היה הכוח לנתח את האור שלהם כדי לחשוף.

הוא חשף כמה גלקסיות מסיביות במיוחד (מאסיביות כמו שביל החלב שלנו היום ועוד) שנוצרו ב-700 מיליון השנים הראשונות של ההיסטוריה הקוסמית. המודלים הנוכחיים של היווצרות הגלקסיות שלנו לא יכולים להסביר את העצמים האלה - הם גדולים מדי ונוצרים מוקדם מדי.

קוסמולוגים עדיין מתלבטים אם ניתן לכופף את המודלים כך שיתאימו (לדוגמה, אולי היווצרות כוכבים מוקדמת הייתה יעילה ביותר) או האם עלינו לשקול מחדש את טבעו של החומר האפל וכיצד הוא גורם לעצמים קורסים מוקדמים.

JWST תציג הרבה יותר מהאובייקטים הללו בשנה הבאה ותלמד את הקיימים בפירוט רב יותר. כך או כך, נדע בקרוב.

מה הלאה עבור JWST?

ממש בשלבים הראשונים שלו, הטלסקופ חשף חסרונות רבים של המודלים הנוכחיים שלנו של היקום. בזמן שאנחנו משכללים את הדגמים שלנו כדי לתת מענה לעדכונים ש-JWST הביא לנו, אנחנו הכי נרגשים מהלא ידועים.

הנקודות האדומות המסתוריות הסתתרו מעינינו. מה עוד משתהה במעמקי הקוסמוס? JWST יספר לנו בקרוב.