Ο νάνος γαλαξίας GN-z11, που ανακαλύφθηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, είναι ο πλέον αρχέγονος και μακρινός γαλαξίας που έχουμε ανακαλύψει. Με το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, ωστόσο, θα μπορούμε να δούμε ακόμη πιο μακριά στον χώρο και ακόμη πιο πίσω στον χρόνο σε σχέση με το θρυλικό, αλλά γερασμένο πια Hubble.

Ένα από τα σπουδαία επιτεύγματα του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble ήταν ότι κατόρθωσε να «δει» πιο πίσω στον χρόνο και πιο κοντά στη Μεγάλη Έκρηξη από ποτέ, αποτυπώνοντας ορισμένους από τους αμυδρότερους και πλέον μακρινούς γαλαξίες που γνωρίζουμε. Η προσπάθεια αυτή ξεκίνησε τον Δεκέμβριο του 1995, όταν οι αστρονόμοι προσανατόλισαν για 10 συνεχείς ημέρες τις κάμερες του Hubble προς το ίδιο σημείο του ουρανού στο βόρειο ημισφαίριο. Με τις εικόνες αυτές του «Βαθέος Πεδίου» (Deep Field), όπως ονομάστηκαν, καθώς και με τις αντίστοιχες λήψεις που ελήφθησαν τρία χρόνια αργότερα στο νότιο ημισφαίριο, οι αστρονόμοι ανίχνευσαν το φως των πιο απόμακρων μέχρι τότε γαλαξιών. Το «πείραμα» αυτό επαναλήφθηκε από τον Σεπτέμβριο του 2003 έως τον Ιανουάριο του 2004, όταν το Hubble εστίασε σε μια μικρή περιοχή στο εσωτερικό του αστερισμού της Καμίνου, προσφέροντας στην διεθνή επιστημονική κοινότητα την εικόνα του «Υπερ-Βαθέος Πεδίου» (Ultra-Deep Field, UDF). Στην εικόνα αυτή αποτυπώνονται 10.000 γαλαξίες, το αρχέγονο φως πολλών από τους οποίους ταξίδεψε ακόμα και 13 δισ. χρόνια μέχρι να φτάσει σ’ εμάς.

Η εικόνα, τέλος, του «Ακραία Βαθέος Πεδίου» (eXtreme Deep Field), που δόθηκε στην δημοσιότητα το 2012, συνετέθη από περισσότερες από 2.000 φωτογραφίες μιας περιοχής του ουρανού στο κέντρο της εικόνας UDF, που ελήφθησαν στην διάρκεια 10 ετών παρατήρησης, και βελτιώνει το προηγούμενο ρεκόρ, διεισδύοντας ακόμη πιο πίσω στον χρόνο και φτάνοντας μέχρι και 13,2 δισ. χρόνια στο παρελθόν. Η εικόνα XDF εμπεριέχει περίπου 5.500 γαλαξίες, οι αμυδρότεροι απ’ τους οποίους έχουν το ένα δεκάκις δισεκατομμυριοστό της φωτεινότητας που μπορεί να διακρίνει το ανθρώπινο μάτι.

Τέσσερα χρόνια αργότερα, ομάδα αστρονόμων ανακάλυψε με την βοήθεια του Hubble και τον πλέον απομακρυσμένο γαλαξία που γνωρίζουμε. Ο γαλαξίας GN-z11 έχει μάζα μόλις το 1% της μάζας του Γαλαξία μας και σε αντίθεση με αυτόν διανύει μια έντονη περίοδο αστρογένεσης, ενώ είχε ήδη σχηματιστεί μόλις 400 εκατ. χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Όμως, παρόλο που το φως του ταξίδευε για περίπου 13,4 δισ. χρόνια μέχρι να ανιχνευθεί από το Hubble, η τωρινή του απόσταση υπερβαίνει τα 32 δισ. έτη φωτός, εξαιτίας της διαστολής του Σύμπαντος.

Αξίζει να αναφερθεί, ωστόσο, ότι υπό κανονικές συνθήκες, το Hubble δεν θα μπορούσε να απεικονίσει τον γαλαξία αυτόν και ο μοναδικός λόγος για τον οποίο το κατόρθωσε ήταν ότι η εικόνα του μεγεθύνθηκε χάρη στην τυχαία παρεμβολή μεταξύ του γαλαξία και του τηλεσκοπίου ενός γαλαξιακού σμήνους, το οποίο λειτούργησε ως βαρυτικός φακός. Υπενθυμίζουμε εδώ ότι τα γαλαξιακά σμήνη στρεβλώνουν τον χώρο γύρω τους εξαιτίας της τεράστιας μάζας τους, λειτουργώντας ως ένα είδος φακών που καμπυλώνουν, παραμορφώνουν και μεγεθύνουν το φως των πιο απομακρυσμένων ουράνιων σωμάτων που βρίσκονται πίσω τους. Το φαινόμενο αυτό της βαρυτικής εστίασης μάς επιτρέπει να δούμε γαλαξίες που διαφορετικά θα ήταν πολύ μακρινοί για να τους ανιχνεύσουμε.

Η προσπάθεια, φυσικά, να δούμε πιο πίσω στον χρόνο από ποτέ δεν γίνεται απλά για να καταρρίψουμε κάποιο διαστημικό ρεκόρ. Εικόνες όπως η UDF και η XDF, μας δίνουν την ευκαιρία να μελετήσουμε τον τρόπο με τον οποίο άρχισαν να ξεπροβάλλουν και να διαμορφώνονται οι δομές μεγάλης κλίμακας στο νεαρό Σύμπαν. Επιπλέον, μας βοηθούν να διευρύνουμε τις γνώσεις μας, όχι μόνο για τον σχηματισμό των πρώτων γαλαξιών, αλλά και για τον τρόπο με τον οποίο οι μεγαλύτεροι γαλαξίες «χτίζονται» σταδιακά από μικρότερους μέσω αλλεπάλληλων συγκρούσεων, συγχωνεύσεων και γαλαξιακού «κανιβαλισμού». Τέλος, αυτού του είδους οι μελέτες διευρύνουν τις γνώσεις μας για δύο από τις λιγότερο γνωστές περιόδους στην εξέλιξη του Σύμπαντος: της σκοτεινής εποχής και της εποχής του επαναϊονισμού (για περισσότερες πληροφορίες δείτε τις «Πηγές»).

Ωστόσο, παρά τα όλα όσα μας αποκάλυψαν οι εκπληκτικές αυτές εικόνες του Hubble, γνωρίζουμε ότι οι περιοχές στις οποίες εστίασε, εμπεριέχουν χιλιάδες ακόμη γαλαξίες, που προς το παρόν παραμένουν αόρατοι. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι το James Webb θα μας αποκαλύψει πολλούς απ’ αυτούς, καθώς το νέο αυτό διαστημικό τηλεσκόπιο θα έχει την δυνατότητα να δει ακόμη πιο μακριά στον χώρο και ακόμη πιο πίσω στον χρόνο σε σχέση με το Hubble, ακόμη και χωρίς την βοήθεια του φαινομένου της βαρυτικής εστίασης. Με την βοήθεια του James Webb, δηλαδή, θα δούμε ακόμη πιο μικρούς, ακόμη πιο αμυδρούς και ακόμη πιο μακρινούς γαλαξίες, απ’ αυτούς που κατόρθωσε να δει το Hubble, γεγονός που θα συμβάλει περισσότερο από ποτέ στην προσπάθειά μας να κατανοήσουμε σε βάθος την προέλευση των πρώτων άστρων και των πρώτων γαλαξιών του Σύμπαντος.

Ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα του James Webb στην προσπάθεια να εντοπιστούν οι πρωταρχικοί γαλαξίες του Σύμπαντος είναι η ικανότητά του να διερευνά την υπέρυθρη περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος με εξαιρετική ευαισθησία. Το γεγονός αυτό θα του επιτρέψει να δει ακόμη πιο μακριά από το Hubble, στην αρχέγονη εκείνη εποχή όπου σχηματίζονταν οι πρωταρχικοί γαλαξίες του Σύμπαντος, μόλις 100-250 εκατ. χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Η ορατή και υπεριώδης ακτινοβολία των γαλαξιών αυτών «ξεχείλωσε» με την κοσμολογική διαστολή σε μεγαλύτερα μήκη κύματος, γι’ αυτό και σήμερα μόνο υπέρυθρα τηλεσκόπια όπως το James Webb μπορούν να ανιχνεύσουν την αμυδρή υπέρυθρη αναλαμπή που τους αντιστοιχεί.

Πηγές:

Hubble eXtreme Deep Field (XDF) (hubblesite.org)
Hubble Team Breaks Cosmic Distance Record | NASA
Early Universe - Webb/NASA
Ο Κοσμικός Μεσαίωνας και η Εποχή του Επαναϊονισμού (eef.edu.gr)

Φωτογραφία: Η εικόνα UDF [credit: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch (University of California, Santa Cruz), R. Bouwens (Leiden University), and the HUDF09 Team].

π