რაკეტა „არიან-5“ 2021 წლის შობას აფრინდა საფრანგეთის გვიანადან და წაიღო საოცნებო ტვირთი: ჯეიმს უების სახელობის კოსმოსური ტელესკოპი (JWST). ასტრონომები დიდი ხანი ოცნებობდნენ, კოსმოსის სივრცეებში უფრო ღრმად გაეხედათ იმ მომენტამდე, როცა პირველი გალაქტიკები ჩამოყალიბდა; შეეღწიათ მტვრის ღრუბლებში, რათა ვარსკვლავების დაბადება ეხილათ; გამოეკვლიათ ეგზოპლანეტების ატმოსფეროები იმის დასადგენად, არის თუ არა მათზე სიცოცხლისთვის ხელსაყრელი პირობები. ჯეიმს უების ტელესკოპი 1 წელზე მეტია, რაც კოსმოსში იმყოფება და ამ ოცნებებს თანდათან რეალობად აქცევს.

ამ უახლეს კოსმოსურ ტელესკოპს წინა მისიებთან შედარებით მნიშვნელოვანი უპირატესობები აქვს. პირველ რიგში აღსანიშნავია მისი ზომა: JWST აღჭურვილია 6.5-მეტრიანი სარკით, რომელიც 18 მოოქროვილი ექვსკუთხა სეგმენტისგან შედგება. ჰაბლის კოსმოსური ტელესკოპის 2.4-მეტრიან სარკესთან შედარებით მას 6-ჯერ მეტი სინათლის შეგროვება შეუძლია, ამიტომ ციური სხეულებიდან მომავალ სინათლეს წინამორბედთან შედარებით 6-ჯერ სწრაფად შეკრებს.

მთავარი გარდამტეხი მომენტი JWST-ის მგრძნობიარობაა ინფრაწითელი სინათლის მიმართ. ამ კოსმოსურ ტელესკოპს შეუძლია 0.6-28.5 მიკრომეტრი სიგრძის ტალღების დაფიქსირება, რაც ხილული სინათლის წითელი საზღვრიდან შუა-ინფრაწითლამდე დიაპაზონი გახლავთ. ჰაბლის ოპტიკური ხელსაწყოები 0.09 მიკრომეტრიდან (ულტრაიისფერი) 2.5 მიკრომეტრამდე (ახლო-ინფრაწითელი) გამოსხივების შესაგროვებლადაა ოპტიმიზირებული, მგრძნობიარობა კი მეტწილად ხილულ სინათლეზეა კონცენტრირებული.

ინფრაწითელ არეალში დაკვირვება ასტრონომებს საშუალებას მისცემს, დაინახონ გალაქტიკები, რომლებიც დიდი აფეთქებიდან (რაც 13.8 მილიარდი წლის წინ მოხდა) 1 მილიარდ წელზე ნაკლებ პერიოდში წარმოიქმნნენ. ეს შორეული ობიექტები ულტრაიისფერ და ხილულ სინათლეს ასხივებენ, მაგრამ სამყაროს გაფართოების გამო ეს გამოსხივება უფრო გრძელ, ინფრაწითელ ტალღებად გარდაიქმნება. ინფრაწითელში დაკვირვება ამ ახალგაზრდა გალაქტიკების დედამიწიდან შესწავლის ერთადერთი გზაა. იგივე ეხება ახლადწარმოქმნილ ვარსკვლავებსაც. ახალშობილ ვარსკვლავებს გარს არტყამს მტვრის გროვა, რომელიც ხილულ სინათლეს ფანტავს და ამ ციურ სხეულებს ჩვენი თვალებისთვის უჩინარს ხდის, თუმცა ინფრაწითელი სინათლე ამ ბარიერს მეტწილად დაუბრკოლებლად გაივლის.

 

 

ადამიანს ინფრაწითელი გამოსხივების დანახვა არ შეუძლია. ამის გამო JWST-ის გამოსახულებებში არსებული ფერები არ შეესაბამება იმას, რასაც შეუიარაღებელი თვალით დავინახავდით. ხშირ შემთხვევაში მეცნიერები ინფრაწითელი გამოსხივების გრძელ ტალღებს წითელ ფერში ასახავენ, ხოლო უფრო მოკლე ტალღებს – ლურჯში, რაც ჩვენი თვალის აღქმის თავისებურებებს შეესაბამება. თუმცა ხანდახან ამ კონფიგურაციას ცვლიან, რათა დეტალები უფრო კარგად გამოკვეთონ სხვა ფერის სინათლით.

მიუხედავად იმისა, რომ JWST 2021 წლის მიწურულს გაუშვეს, კოსმოსურ ობსერვატორიას 29 დღე დაჭირდა თავის ადგილსამყოფელამდე, L2 ლაგრანჟის წერტილამდე მისასვლელად, რომელიც დედამიწიდან 1.5 მილიონი კმ-ის მოშორებითაა, და დამატებით 5 თვე, რათა მეცნიერებსა და ინჟინრებს ტელესკოპი მოქმედებაში გასაშვებად მოემზადებინათ.

 

სახლთან ახლოს
JWST-ის სამიზნე შორეული გალაქტიკები და ახალშობილი ვარსკვლავებია, თუმცა ის უნივერსალური დანიშნულების ობსერვატორია გახლავთ. მისი მძლავრი ინფრაწითელი თვალები მზის სისტემის ციურ სხეულებს ისეთ დეტალებში ხედავენ, რაც სტანდარტული ტელესკოპების შესაძლებლობებს მიღმაა. საწყისი დაკვირვებები მოიცავდა გაზისა და ყინულის გიგანტური პლანეტების ღრუბლოვანი სარტყელების შესწავლას; სატურნის უდიდეს თანამგზავრზე, ტიტანზე, ღრუბლების წარმოქმნაზე დამზერას; პლუტონის კლიმატის გამოკვლევას და მზის სისტემის გარე რეგიონში მდებარე ბევრი მცირე ასტეროიდისა და ტრანსნეპტუნური (ნეპტუნის ორბიტის მიღმა) სხეულების შესწავლას.

JWST დააკვირდა ასტეროიდ-თანამგზავრ დიმორფს 2022 წლის სექტემბერში, როცა ნასას მისია DART-ის (ორმაგი ასტეროიდის გადამისამართების ტესტი) ხომალდი შეეჯახა ამ სხეულს. შეჯახებამ მცირედით შეცვალა ასტეროიდის ორბიტა მისი მშობელი სხეულის, ასტეროიდ დიდიმის, გარშემო. შედეგად ნასას სააგენტომ შეაფასა, საჭიროების შემთხვევაში რამდენად შეძლებენ დედამიწისთვის პოტენციური საფრთხის მომტანი ასტეროიდის კურსის შეცვლას.

კოსმოსური ტელესკოპი შეგვიძლია მთელი მზის სისტემის პლანეტათა მეტეოროლოგიურ თანამგზავრად ჩავთვალოთ. სატურნის ახლო ხედის ფოტოები ბოლოს „კასინის“ ხომალდის ამ პლანეტასთან შეჯახებამდე (2017 წლის სექტემბერი) ცოტა ხნით ადრე მივიღეთ. ხოლო ურანს ან ნეპტუნს კოსმოსური ხომალდის სახით სტუმარი არ ყოლია მას შემდეგ, რაც „ვოიაჯერ 2-მა“ ჩაუფრინა მათ 1980-იანი წლების ბოლოს. მაგრამ JWST-ს ამ პლანეტების ქარიშხალთა სისტემების დანახვა უმცირეს დეტალებში შეუძლია.

ნეპტუნი ტელესკოპის დაკვირვების ქვეშ გასულ ივლისს აღმოჩნდა. ყინულის გიგანტის ხილული ზედაპირის ნაწილი მუქი ფერისაა, რადგან მის ატმოსფეროში არსებული მეთანის აირი ახლო-ინფრაწითელ სინათლეს შთანთქავს. მაგრამ მეთანის ყინულის რამდენიმე ღრუბელი კაშკაშად ელვარებს და ეკვატორის გარშემო თხელი ხაზი პლანეტის მასშტაბის ცირკულაციაზე მიგვანიშნებს. ეს ცირკულაცია ასაზრდოებს ნეპტუნის ქარიშხლებსა და ძლიერ ქარებს, რომლებიც ნებისმიერი პლანეტის ჰაერის მასებს აღემატებიან სიჩქარით. JWST-მა ასევე გადაიღო ნეპტუნის რგოლების ყველაზე მკაფიო გამოსახულება „ვოიაჯერ 2-ის“ ვიზიტის შემდგომ, რაც 1989 წელს მოხდა.

 

 

სხვა პლანეტები
პლანეტოლოგები დაუღალავად შრომობენ მზის სისტემის მრავალი ამოუხსნელი საიდუმლოს გამოსააშკარავებლად, თუმცა ამ დროს ჩვენს გალაქტიკაში არსებული ჩვენთვის ცნობილი 5000-ზე მეტი ეგზოპლანეტა შეუსწავლელი რჩება. როგორც წესი, ინფორმაცია გვაქვს მათ ორბიტებზე, ხშირად ზომასა და მასაზეც, დანარჩენი მონაცემები კი დედამიწაზე მდებარე ტელესკოპებისთვის და ჰაბლის კოსმოსური ტელესკოპისთვისაც კი მიუწვდომელია. JWST-მა ამ მხრივ არსებული მდგომარეობა შეცვალა.

რამდენად მნიშვნელოვანია ეგზოპლანეტები JWST-ზე მომუშავე მეცნიერებისთვის? 1-ლი ციკლის დროს დასაკვირვებელი დროის თითქმის მეოთხედი მათ ამ პლანეტებისა და მათი შემადგენლობის შესწავლას დაუთმეს.

JWST ეგზოპლანეტების აღმოსაჩენად არ დაუპროექტებიათ, თუმცა უკვე დაადასტურა ერთი პლანეტის არსებობა ოქტანტის თანავარსკვლავედში, დედამიწიდან 41 სინათლის წლის მოშორებით მდებარე წითელი ჯუჯა ვარსკვლავის LHS 475-ის გარშემო. ნასას ეგზოპლანეტების საკვლევი ტრანზიტული თანამგზავრის (TESS) მიერ მოპოვებულ მონაცემებში იყო მინიშნება, რომ ამ ვარსკვლავს შესაძლოა პლანეტა ჰქონოდა, თუმცა ახალი კოსმოსური ტელესკოპის გაშვება გახდა საჭირო, რათა დაეფიქსირებინათ სიკაშკაშის ის უმნიშვნელო შემცირება, რომელსაც პლანეტის ვარსკვლავის წინ გავლა (ტრანზიტი) იწვევს. პლანეტა კლდოვანი (ქვის) ჩანს, მისი დიამეტრი დედამიწისაზე მხოლოდ 1%-ით მცირეა, თუმცა ჩვენს მშობლიურ პლანეტასთან მსგავსება ამით სრულდება. ეგზოპლანეტა თავის დედა-ვარსკვლავს გარს უვლის სულ რაღაც 2 დღეში და მის ზედაპირზე ტემპერატურა დაახლოებით 300 გრადუსია.

თუმცა JWST-ის მთავარი სიძლიერე ეგზოპლანეტების ატმოსფეროს ანალიზში მდგომარეობს. საამისოდ ტელესკოპი პლანეტების ტრანზიტს თავისი მძლავრი სპექტროგრაფებით აკვირდება. როცა პლანეტა თავის დედა-ვარსკვლავსა და დედამიწას შორის აღმოჩნდება, მისი ატმოსფერო ვარსკვლავიდან გამოსხივებული სინათლის ტალღების ნაწილს ფილტრავს. გამომდინარე იქიდან, რომ თითოეულ ატომსა და მოლეკულას უნიკალური სპექტრული ანაბეჭდი გააჩნია, ეს ასტრონომებს საშუალებას აძლევს, ამ უცხო ციურის სხეულების შემადგენლობა შეისწავლონ.

იმ მოლეკულათა უმეტესობა, რომლებიც ეგზოპლანეტების მკვლევარებს აინტერესებთ, სპექტრის ინფრაწითელ დიაპაზონშია. ჰაბლის დაკვირვებები მეცნიერებს მადას უღვიძებდა, JWST კი მათ ამ მადას დაუკმაყოფილებს.

ეგზოპლანეტებიდან ობსერვატორიის პირველი სამიზნე იყო WASP-39b, ცხელი გაზის გიგანტური პლანეტა, რომელიც გარს უვლის მზის მსგავს ვარსკვლავს ჩვენგან 700 სინათლის წლის მოშორებით ქალწულის თანავარსკვლავედში. JWST-ის საუცხოო გარჩევადობამ გამოავლინა წყლის, გოგირდის დიოქსიდის, ნახშირბადის მონოქსიდის, ნატრიუმის, კალიუმისა და — ეგზოპლანეტების კვლევის ისტორიაში პირველად — ნახშირორჟანგის არსებობა. ეს პლანეტა 900°C ტემპერატურაზე ვარვარებს, ოღონდ არა შეუქცევადი სათბურის ეფექტის გამო, არამედ იმიტომ, რომ თავისი ვარსკვლავიდან მხოლოდ 7.27 მილიონი კმ აშორებს. შედარებისთვის, მზის სისტემაში პირველი პლანეტა მერკური მზიდან 57.9 მილიონი კმ-ითაა დაშორებული.

 

ვარსკვლავური ინკუბატორების თვალიერება
პლანეტები და მათი მშობლიური ვარსკვლავები ყალიბდებიან აირებითა და მტვრით მდიდარ ვარსკვლავურ ინკუბატორებში, რომლებსაც ასტრონომები ნისლეულებს უწოდებენ. მაგრამ ეს ლამაზი ღრუბლები მალავენ მათ შიგნით მიმდინარე მოვლენებს, ყოველ შემთხვევაში ხილული სინათლის დიაპაზონში მაინც. JWST-ის ინფრაწითელი ხედვის წყალობით ეს გარემო თანდათან დაკვირვებისთვის ხელმისაწვდომი ხდება.

 

 

ერთ-ერთი პირველი სამიზნე იყო გველის თანავარსკვლავედში მდებარე არწივის ნისლეულის (M16) რეგიონი, რომელიც ჰაბლის ფოტოებით გახდა ცნობილი 1995 წელს. „შემოქმედების სვეტების“ გამოსახულება ჟურნალ „თაიმის“ ყველა დროის 100 ყველაზე გავლენიანი ფოტოების სიაში მოხვდა. JWST-მა დედამიწიდან 6500 სინათლის წლის მოშორებით მდებარე ვარსკვლავების ფორმირების ამ დიდებული რეგიონის ანალოგიურად გასაოცარი გამოსახულება მოგვაწოდა. იქ, სადაც ჰაბლის ტელესკოპმა მეტწილად გაუმჭვირვალე მტვერი და ცივი აირები დაინახა, JWST-მა დააფიქსირა მრავალი ვარსკვლავი, რომლებიც კოსმოსური ჭუპრიდან იჩეკებიან. ამ ახალშობილი ვარსკვლავების უმეტესობა ბნელი სვეტების მიღმა მდებარეობს და მათი აღმოჩენა ხდება დიფრაქციის მკვეთრი ზრდის წყალობით, რისი დაფიქსირებაც JWST-ის მსგავს რეფლექტორ ტელესკოპებს შეუძლიათ.

 

 

ამ ახალშობილმა ვარსკვლავებმა უკვე მოასწრეს ბირთვული სინთეზის დაწყება. თუმცა JWST-მა აღმოაჩინა უფრო ახალგაზრდა სხეულებიც, ცნობილი, როგორც პროტოვარსკვლავები, რომლებიც ჯერ გარემოდან მტვრისა და აირის მიზიდვის ეტაპზე არიან. ასეთი ახალბედები პერიოდულად გამოტყორცნიან მატერიის ნაკადებს, რომლებიც მათ მკვრივ გარემოს ეჯახებიან და ტემპერატურის მატების გამო ხდება სიკაშკაშის ზრდა. ყველაზე კარგად ეს ჩანს ელვარე წითელი ნათების სახით ქვედა ორი სვეტის წვეროებთან ახლოს. ასტრონომების დასკვნით, პროტოვარსკვლავების ასაკი მხოლოდ რამდენიმე ასეული ათასი წელია.

 

ირმის ნახტომის მიღმა

ახალ ვარსკვლავთა წარმოქმნა ცხადია მთელი სამყაროს მასშტაბით ხდება და JWST-ის მეცნიერები მოწადინებული არიან, ეს მოვლენა ჩვენი გალაქტიკის მიღმაც შეისწავლონ. ორი მნიშვნელოვანი ადგილი გალაქტიკების ადგილობრივ ჯგუფშია. მაგელანის დიდი და პატარა ნისლეულები ირმის ნახტომის 2 მასიურ თანამგზავრ გალაქტიკას წარმოადგენენ და სამყაროს საიდუმლოებების ამოხსნაში შეიძლება მნიშვნელოვანი როლი ითამაშონ.

ეს იმის გამოა, რომ ჰელიუმზე მძიმე ელემენტები, რომლებიც მასიურ ვარსკვლავებში წარმოიქმნებიან, ამ ორ გალაქტიკაში ორჯერ უფრო ნაკლებადაა გავრცელებული, ვიდრე ირმის ნახტომში. სწორედ ასეთი პირობები დომინირებდა კოსმოსში დიდი აფეთქებიდან 2-3 მილიარდი წლის შემდეგ, როცა გალაქტიკები ყველაზე მაღალი ტემპით ქმნიდნენ ახალ ვარსკვლავებს. ამ ე.წ. კოსმოსურმა შუადღემ სათანადო ფორმა მისცა გალაქტიკებს და დღემდე ახდენს გავლენას იმ გალაქტიკებზე, რომლებსაც ჩვენ ვაკვირდებით.

მაგელანის ღრუბლების არცერთი მონაკვეთი არ ჰგავს თავისი პირობებით ამ ქაოსურ პერიოდს დიდ მაგელანურ ღრუბელში მდებარე ტარანტულის ნისლეულზე (NGC 2070) მეტად. ეს ვარსკვლავების წარმოქმნის ყველაზე აქტიური რეგიონია ადგილობრივ სამყაროში და ეს პროცესი საოცრად სწრაფი ტემპით მიმდინარეობს. ასტრონომებმა დღემდე 820 000 ვარსკვლავი აღრიცხეს და წყალბადისა და ჰელიუმის უზარმაზარი მარაგები, რომლებიც ამ ნისლეულშია, საკმარისი უნდა იყოს კიდევ რამდენიმე ასეული ათასი ვარსკვლავის დაბადებისთვის. ცენტრში მდებარე ვარსკვლავთა გროვა, რომელსაც R136-ს უწოდებენ, მზეზე მინიმუმ 100-ჯერ მასიურ ათობით ვარსკვლავს მოიცავს.

JWST-ის პირველადი დაკვირვებები ტარანტულას ნისლეულს უპრეცედენტო დეტალებში წარმოგვიდგენს. R136-ის ვარსკვლავებიდან წამოსულმა მძვინვარე გამოსხივებამ და ვარსკვლავურმა ქარებმა ნისლეულის ცენტრალურ რეგიონში ბუშტის ფორმის მსხვილი ღრმული შექმნეს. ამ თავდასხმას გადაურჩნენ მხოლოდ ძალიან მკვრივი გარემომცველი რეგიონები, რომლებშიც სავარაუდოდ ახალშობილი ვარსკვლავებია. გამომდინარე იქიდან, რომ ნისლეული დედამიწიდან სულ რაღაც 160 000 სინათლის წლითაა დაშორებული — რაც კოსმოსურ მასშტაბებში ძალიან მცირეა — ტარანტულა ასტრონომებს შესაძლებლობას აძლევს, შეისწავლონ კოსმოსური შუადღისას არსებული პირობები.

 

 

კიდისკენ
ხშირ შემთხვევაში ახლომდებარე ციურ სხეულებზე დაკვირვებით მეცნიერებს წარმოდგენა ეძლევათ უფრო შორეული სხეულების თავისებურებებზე. ჩვენი მზის სისტემის პლანეტები ინფორმაციას გვაწვდიან ეგზოპლანეტებზე, ანალოგიურად მაგელანის ღრუბლებში ვარსკვლავების წარმოქმნის პროცესი ნათელ ფენს სამყაროს შორეულ ადგილებში მდებარე მსგავს რეგიონებში მიმდინარე მოვლენებს. გალაქტიკების ურთიერთქმედების შესწავლა კი გვეხმარება კოსმოსის ადრეული ბობოქარი პერიოდის შესახებ წარმოდგენის შექმნაში.

მიუხედავად იმისა, რომ ახლომდებარე რეგიონები ხშირად უფრო ასაკოვანი და შორეული ადგილების ანალოგად გვევლინებიან, JWST-ის დაპროექტებისას გათვალისწინებული ჰქონდათ სამყაროს განთიადისას წარმოქმნილ უძველეს გალაქტიკებზე პირდაპირი დაკვირვებაც და ასტრონომებმა უკვე გამოსცადეს ტელესკოპის ამ შესაძლებლობით მიღებული კმაყოფილება.

JWST-ის ერთ-ერთი პირველი გამოსახულება — და საჯაროდ გამოქვეყნებულებს შორის პირველი — იყო გალაქტიკათა გროვის SMACS 0723-ის ღრმა ველი მფრინავი თევზის თანავარსკვლავედში. ექსპოზიციას (სინათლის შეკრების პროცესი) მხოლოდ 12.5 საათი დაჭირდა, რაც ბევრად ნაკლებია ჰაბლის ღრმა ველების აღბეჭდვისთვის საჭირო რამდენიმე კვირაზე, ამასთან JWST-მა უფრო მკრთალი და შორეული გალაქტიკები დააფიქსირა, რაც ჰაბლის ტელესკოპს არ შეეძლო.

 

 

SMACS 0723-ს ისეთი ფორმით ვხედავთ, როგორც „მხოლოდ“ 4.6 მილიარდი წლის წინ იყო. მაგრამ გალაქტიკათა გროვის უზარმაზარი მასის წყალობით, რომელიც გრავიტაციული ლინზის ფუნქციას ასრულებს და მის მიღმა მდებარე ობიექტებს ზომაში ადიდებს და ამრუდებს, ასევე ვხედავთ გალაქტიკებს, რომლებიც დიდი აფეთქებიდან 1 მილიარდ წელში ჩამოყალიბდნენ. როგორც მოსალოდნელია, ყველაზე პატარა გალაქტიკები ამ ველის გამოსახულებაში ყველაზე შორს არიან. საინტერესოა ის ფაქტი, რომ ისინი საერთოდ არ ჰგვანან დედამიწასთან უფრო ახლოს მდებარე მოწიფულ სპირალურ და ელიფსურ გალაქტიკებს.

ყველაზე მნიშვნელოვანი აღმოჩენა ჯერჯერობით ალბათ ორი ყველაზე შორეული გალაქტიკაა, რომლებზეც აქამდე დაკვირვება მომხდარა. მოქანდაკის თანავარსკვლავედში მდებარე გალაქტიკათა მასიური გროვის აბელ 2744-ის გრავიტაციულ ლინზად გამოყენებით მეცნიერებმა აღმოაჩინეს 2 გალაქტიკა, რომლებიც დიდი აფეთქებიდან 450 და 350 მილიონი წლის შემდეგ არსებობდნენ. ეს გალაქტიკები საოცრად კაშკაშაა და მათი ჩამოყალიბება სავარაუდოდ დიდი აფეთქებიდან სულ რაღაც 100 მილიონ წელიწადში დაიწყო. მეცნიერებმა ჯერ არ იციან, ამ გალაქტიკებში მრავალი მკრთალი ვარსკვლავია თუ რამდენიმე განსაკუთრებით კაშკაშა III პოპულაციის ვარსკვლავი — ჰიპოთეტური მასიური ვარსკვლავები, რომლებიც მხოლოდ წყალბადსა და ჰელიუმს შეიცავდნენ და კოსმოსის პირველი ვარსკვლავები იყვნენ.

2021 წელს „არიან-5-ით“ JWST-ის გადატანამ შეუფერხებლად ჩაიარა, ამიტომ ნასა ვარაუდობს, რომ ობსერვატორიას საკმარისი საწვავი აქვს მინიმუმ 20 წლით ფუნქციონირებისთვის. ეს იმას ნიშნავს, რომ მეცნიერული წინსვლა, აღმოჩენები და ლამაზი გამოსახულებები ჯერ მხოლოდ საწყის ფაზაშია.

 
წყარო: Astronomy Magazine