תרשים סכמטי של תולדות היקום, תוך הדגשת אי-מימון מחדש, המתרחש ברצינות רק לאחר היווצרות הכוכבים והגלקסיות הראשונות. לפני שנוצרים כוכבים או גלקסיות, היקום היה מלא אטומים חוסמים אור וניטרליים. בעוד שרוב היקום לא מתממש מחדש עד 550 מיליון שנה לאחר מכן, כמה אזורים ברי מזל מועברים לרוב מחדש בתקופות קדומות יותר. קרדיט תמונה: SG Djorgovski et al., Caltech Digital Media Center.

5 עובדות מפתיעות על הגלקסיות הראשונות ביקום

למרות שמעולם לא ראינו אותם, הנה מה שאנחנו כבר יודעים.

"פתאום תוכניות חדשות לגמרי נפתחות, דברים שאתה יכול לעשות שמעולם לא יכולת לעשות. זה יהיה נהדר מבחינה מדעית, זה יהיה נהדר לאומה, למחנכים, לתלמידים וזה יהיה נהדר לציבור הרחב. " גרט אילינגוורת '

אחת העובדות המדהימות ביותר על היקום שלנו היא שהיא לא הייתה קיימת לנצח. גושי וצבירי החומר שאנו רואים - כוכבי לכת, כוכבים, ענני גז, גלקסיות ועוד - צמחו מחתיכות קטנות יותר של חומר שגדלו בכוח הכבידה והתמזגו עם הזמן. אם אנו מסתכלים על עצמים במרחקים גדולים יותר ויותר, אורם מהם לוקח יותר זמן להגיע לעיננו, כלומר האור שהגיע היום נפלט לפני מיליונים ואף מיליארדי שנים. כאשר אנו מביטים לאחור בחלל, אנו גם מביטים אחורה בזמן. בשלב מסוים נגיע למרחק כה גדול עד שלא היו אז כוכבים או גלקסיות. אף על פי שיידרש לטלסקופ החלל ג'יימס ווב לראות את הגלקסיות הראשונות הללו, ישנן חמש עובדות מפתיעות שאנו כבר יודעים שהן נכונות לגבי האובייקטים הרחוקים ביותר מכולם.

דיסקים פרוטופלאנריים, אשר כל מערכות השמש נחשבים ליצור איתם, יתלכדו לכוכבי לכת לאורך זמן, כפי שמראה המחשה זו. עם זאת, כאשר היקום מורכב ממימן והליום בלבד, יכולים להיווצר רק כוכבי לכת גזים ולא סלעים. קרדיט תמונה: NAOJ.

1.) אין כוכבי לכת סוערים בין הכוכבים והגלקסיות הראשונים. בכל פעם שאתה יוצר כוכבים מענן גז מולקולרי, אתה יכול לצפות לחלוטין שהגז יתפרק לשורה שלמה של גושים, שצומחים בקצבים שונים, תלוי כמה הם גדולים מלכתחילה ומה עוד נמצא בסביבתם. ענני גז גדולים יצמחו כוכבים וכוכבי לכת בגדלים רבים ושונים, אך אפילו העולמות הקטנים ביותר שנוצרים לראשונה יהיו עשויים אך ורק מגז: מימן והליום. ללא דורות כוכבים קודמים, אין אלמנטים כבדים יותר שיוצרים גופים מוצקים כמו כוכבי לכת סוערים או ירחים. כדורי גז קטנים עשויים להיווצר, אך כאשר הכוכבים הללו נדלקים הם פשוט יישרפו לחלל הבין-כוכבי על ידי הקרינה המייננת של אותן שריפות גרעין ראשונות ביקום.

גלקסיות הדומות לדרך החלב של ימינו הן רבות, אך גלקסיות צעירות יותר אשר דומות לשביל החלב הן מטבען קטנות יותר, כחולות ועשירות יותר בגז באופן כללי מהגלקסיות שאנו רואים כיום. לגבי הגלקסיות הראשונות מכולן, הדבר מועבר לקיצוניות. אשראי תמונה: NASA ו- ESA.

2.) הגלקסיות הקדומות ביותר הן זעירות בהשוואה לאלה שיש לנו כיום. כאשר נוצרים האטומים הנייטרליים הראשונים ביקום, הם כבר מתגבשים זה בזה, מעט כל כך, לאזורים מוגזמים ותת-צפופים בגודל מסוים. אלה מכילים בין כמה מאות אלפי אלפי מיליוני מסות שמש, והם יהוו את הזרעים של אשכולות הכוכבים הראשונים. במשך 50 עד 200 מיליון שנה אולי הגרביטציה גורמת לענני הגז הראשונים הללו להתמוטט ויוצרים את הכוכבים הראשונים. כשצבירי כוכבים מתחילים להתמזג בכבידה, נוצר התפתחות מהירה של כוכבים, ובנקודה זו אנו יכולים להתחיל לומר שהקמנו את הגלקסיות הראשונות של היקום. למרות שהם עשויים להיות רק חלק זעיר ממסת שביל החלב, אולי 0.001% מאסיביים כמונו, אלה, למעשה, גלקסיות בפני עצמן, המכילות כוכבים, צבירי כוכבים, כוכבי לכת, גז, אבק, ואפילו הילות של חומר אפל.

שדה העמוק של האבל eXtreme, הנוף העמוק ביותר שלנו על היקום עד כה, החושף גלקסיות מאז שהיקום היה רק ​​בין 3-4% לגילו הנוכחי. עם זאת זהו הגבול המוחלט של כמה רחוק האבל יכול להגיע; זמן צפייה רב יותר יגלה גלקסיות חלשות יותר, אך לא רחוקות יותר. אשראי תמונה: נאס

3.) גם אם האבל היה מסתכל ליקום הרחוק לנצח, הוא לעולם לא יראה את הגלקסיות הראשונות הללו. האור שגלקסיות אלה פולטות אמור להיות דומה לאור שנפלט על ידי הגלקסיות החדשות המככבות כיום. כשגלקסיה מתגבשת לראשונה, היא צריכה להיות מלאה בכוכבים כחולים חמים, בהירים וקצרי מועד, השולטים בזוהרם של כל האחרים. אך בניגוד לגלקסיות סמוכות, האור מהראשונים הללו דורש מסע קוסמי אדיר - כזה שלוקח מעל 13 מיליארד שנים מנקודת המבט שלנו - כדי להגיע לעינינו. במהלך תקופה זו היקום מתרחב, וגורם לאורך הגל של אור אולטרה סגול זה בתחילה להסיט מחדש דרך הנראה, דרך האינפרא אדום הקרוב ולתוך החלק האינפרא אדום באמצע הספקטרום. אפילו אם האבל, שיכול להשקיף על אור די רחוק אל תוך האינפרא אדום הקרוב, יראה את השמים לנצח, הוא לעולם לא יצליח לגלות גלקסיות אל משמרת אדומה של 15 עד 25, שם צפויות הראשונות לשכב. לשם כך אנו זקוקים לג'יימס ווב.

האשכול RMC 136 (R136) בערפילית טרנטולה בענן המגלני הגדול, הוא ביתם של הכוכבים המסיביים ביותר הידועים. R136a1, הגדול מכולם, גדול פי 250 ממסת השמש. קרדיט תמונה: מצפה הכוכבים האירופי / P. קראוטר / סי ג'יי אוונס.

4.) הכוכבים המסיביים ביותר ביקום היו קיימים רק בזמנים המוקדמים ביותר האלה. כיום, אם אנו מסתכלים עמוק בתוך איזור כוכבי כוכבים קשים, אנו מצפים למצוא את הכוכבים הבהירים, הזוהרים והמאסיביים ביותר מכולם. הגדולה בקבוצה המקומית שלנו, ערפילית טרנטולה (למעלה) בגלקסיה לוויינית של שביל החלב, מכילה מאות רבות של אלפי מסות שמש שוות חומר, יחד עם הכוכב המסיבי ביותר הידוע: R136a1. בערך פי 260 ממסת השמש שלנו, הוא הכוכב המסיבי ביותר שהתגלה אי פעם. אבל זה גם עמוס באלמנטים העולים גבוה בטבלה המחזורית, בדומה לשמש שלנו, המדכאת את הצמיחה הראשונית של כוכבים מאסיביים. מכיוון שהיו עשויים מימן וטהור לבד בלבד, הכוכבים הראשונים מאוד לא חסרו את הדיכוי הזה, והם הצליחו לצמוח להמונים גדולים עוד יותר. כמה גדולים הם קיבלו? פי 500 מאסיבי כמו השמש? אלף פעמים? 2,000 פעמים? עם קצת מזל, ג'יימס ווב ילמד אותנו את התשובה.

קליטת האור באורך הגל מילימטר הנפלט על ידי אלקטרונים המסתחררים סביב שדות מגנטיים עוצמתיים הנוצרים על ידי החור השחור העל-מסיבי של הגלקסיה, מובילה אל הנקודה החשוכה במרכז הגלקסיה הזו. הצל מצביע על כך שעננים קרים של גז מולקולרי גשמים על החור השחור. חורים שחורים סופר-מסיביים כאלה, או לפחות הזרעים מהם, צריכים להימצא בגלקסיות הראשונות של היקום. קרדיט תמונה: NASA / ESA & האבל (כחול), ALMA (אדום).

5.) החורים השחורים העל-מסיביים הראשונים צריכים להתקיים בתוך הגלקסיות הראשונות הללו כמעט מרגע לידתן. באופן פרדוקסאלי, ככל שכוכב מסיבי יותר כך אורך החיים שלו יהיה קצר יותר. הכוכבים המסיביים מכולם חיים רק כמה מיליוני שנים לפני שהם הולכים על סופרנובה או קורסים ישירות; בשני המקרים, הם מייצרים חורים שחורים מסיביים. החורים השחורים הללו נודדים במהירות למרכז הגלקסיות, שם הם מתמזגים יחד ומצמחים חומר, והופכים לזרעי החורים השחורים העל-מסיביים שאנו רואים כיום. הגלקסיות הקדומות ביותר הללו, אפילו כשהן מתגלות לראשונה, עשויות להכיל חורים שחורים רבים מאות אלפי ואף מיליוני פעמים מאסיביות כמו השמש שלנו, בהשוואה למסה הסולרית של ארבעה מיליון השמש שנמצאת במרכז שביל החלב. אובייקטים אלה חייבים להיות שם, וג'יימס ווב עשוי להראות לנו עד כמה הם באמת מאסיביים.

המבנה בקנה מידה הגדול של היקום משתנה עם הזמן, כאשר פגמים זעירים צומחים ליצירת הכוכבים והגלקסיות הראשונות, ואז מתמזגים יחד ליצירת הגלקסיות הגדולות והמודרניות שאנו רואים כיום. מבט למרחקים גדולים מגלה יקום צעיר יותר, דומה לאופן שהיה באזורנו המקומי בעבר. קרדיט תמונה: כריס בלייק וסאם מורפילד.

הגלקסיות האולטרה-רחוקות, האולטרה-צעירות והאולטרה-קטנטנות האלה לא נשארות כך לאורך זמן. באיזשהו שלב מזמן, כל הגלקסיה הסמוכה שאנו רואים כיום לא הייתה שונה כל כך מהגילאים הראשונים האלה שנגלה שהתחלנו בעוד קצת יותר משנה, כאשר ג'יימס ווב משגר ופורש. הראשונים שנוצרו גדלו בצורה המהירה ביותר בכבידה, ולכן הם כבר בני 13.8 מיליארד שנה, הם ימשכו יותר ויותר חומר, והם עצמם יהיו ככל הנראה ספירלות ענקיות או אליפטיות בקבוצות שלהם ואשכולות, הרבה כמו שאנחנו. אבל אין לנו שום דרך לדעת, נכון לעכשיו, איך היה עברו של שביל החלב בעצמנו בכל פרט. אחרי הכל, הפשע הגדול של היקום הוא שאנחנו יכולים לראות אותו רק היום, ברגע מסוים בזמן מסוים. למרות כל ההיסטוריה הקוסמית של מה שהתרחש, כשמדובר במקום בו אנו נמצאים, הדברים היחידים שאנו יודעים הם הניצולים.

Starts With A Bang נמצא כעת בפורבס, והופץ מחדש בבינוני בזכות תומכי הפטרון שלנו. איתן כתב שני ספרים, מעבר לגלקסיה, וטרקנולוגיה: המדע של מסע בין כוכבים מטריקורנס לכונן עיוות.