اولین تصاویر تلسکوپ فضایی جیمز وب، قدرت شگفت انگیز این پروژه 10 میلیارد دلاری را به رخ می‌کشند و نوید آینده‌ای روشن برای شناخت هرچه بهتر کیهان و نحوه تشکیل آن را می‌دهند. پروژه ساخت پیشرفته‌ترین تلسکوپ فضایی بشریت حدود 20 سال طول کشید. برخلاف تلسکوپ فضایی هابل که در مدار زمین قرار دارد، جیمز وب در فاصله یک و نیم میلیون کیلومتری از زمین، در مدار خورشید و مدار هاله L2 میچرخد و بدون مزاحمت کره زمین، به راحتی به هر نقطه از آسمان نگاه می‌کند. در ادامه این مطلب، اولین تصاویر منتشر شده توسط جیمز وب را به‌صورت مختصر و به‌زبان ساده بررسی می‌کنیم.
سحابی کارینا
سحابی کارینا (Carina Nebula) یکی از بزرگترین سحابی‌های کهکشان راه شیری با شعاع 230 سال نوری محسوب می‌شود که حدود هفت هزار سال نوری از زمین فاصله دارد (این تصویر تنها 16 سال نوری از سحابی کارینا را نشان می‌دهد). این سحابی از گرد و غبار عناصر سنگینی مانند نیتروژن، کربن، گوگرد و اکسیژن تشکیل شده است. عناصری که به‌خاطر مرگ ستاره‌هایی که در گذشته در این منطقه از کهکشان راه شیری قرار داشتند، در این منطقه حضور دارند و سحابی کارینا را تشکیل داده‌اند. مولکول‌های بزرگ گرد و غبار این سحابی، مانع عبور طول موج‌های کوتاه‌تر نور مرئی می‌شوند اما به‌خاطر طول موج بیشتر نور فروسرخ، این اشعه می‌تواند از اطراف مولکول‌های بزرگ گرد و غبار عبور کند. حتی اگر در طول موج‌های طولانی‌تر (فروسرخ میانی) به این سحابی نگاه کنیم، شاهد درخشش این مولکول‌های گرد و غبار خواهیم بود.
برخلاف تلسکوپ فضایی هابل که قادر به دیدن طول موج مرئی است، تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌تواند طول موج‌های فروسرخ و فروسرخ میانی را مشاهده کند. این تصویر توسط دوربین اصلی جیمز وب، NIRCam یا Near Infrared Camera، گرفته شده است که طول موج‌هایی که اندکی از طول موج نور مرئی طولانی‌تر هستند را مشاهده می‌کند. این دوربین برای اولین بار امکان مشاهده فضای داخلی این سحابی را فراهم کرده و حالا می‌توانیم علاوه بر مشاهده دقیق و بسیار باکیفیت این سحابی، ستاره‌های جوان و درحال شکل‌گیری داخل آن را هم مشاهده کنیم. به همین دلیل است که تصاویر تلسکوپ فضایی هابل (که فقط نور مرئی را تشخیص می‌دهد) در مقایسه با عکس‌های جیمز وب از سحابی کارینا، دو بعدی و تخت به‌نظر می‌رسند.
تلسکوپ فضایی جیمز وب با ترکیب تصاویر دریافت شده توسط دوربین NIRCam و ابزار تشخیص طول موج فروسرخ میانی یا MIRI Instrument، تصویر زیر را خلق کرده است. این تصویر به‌خوبی درخشش گرد و غبار سحابی کارینا در طول موج فروسرخ میانی را نشان می‌دهد. حتی می‌توان غباری که به‌خاطر تشعشع اشعه UV از ستاره‌های جوان داغ شده است را هم در لبه‌های بالایی این سحابی مشاهده کرد.
به‌خاطر شکل شش‌ضلعی آینه‌‌های اصلی و دخالت آینه دوم جیمز وب، تمامی اجسام نورانی در تصاویر این تلسکوپ، هشت‌پر خواهند بود. این پرتو نور هشت‌پر در تمام ستاره و کهکشان‌هایی که در تصاویر جیمز وب مشاهده می‌کنید، مشاهده می‌شود و تنها مختص اجسام بسیار پرنور نیست. در سمت بالا و راست تصویر NIRCam جیمز وب از سحابی نبیولا هم می‌توانید پرتو نور یک ستاره پرنور را مشاهده کنید که درفاصله کمی از محدوده این تصویر می‌درخشد.
این تصویر اطلاعات بسیار مهمی از اولین مراحل تشکیل ستاره‌ها در اختیار ما قرار می‌دهد و در نهایت به دانشمندان کمک می‌کند تا با مطالعه نوری که این ستاره‌های جوان از خود ساطع می‌کنند، با دقت بیشتری تعداد ستاره‌های کهکشان‌های دوردست را تخمین بزنند.
پنج‌قلو استفان
پنج‌قلو استفان (Stephan’s Quintet)، شامل یک خوشه کهکشانی متشکل از چهار کهکشان بسیار نزدیک به‌هم در فاصله 250 میلیون سال نوری و یک کهکشان نزدیکتر (کهکشان سمت چپ) در فاصله تقریبی 30 میلیون سال نوری از زمین می‌شود. این چهار کهکشان درحال نزدیک شدن به یکدیگر هستند و در نهایت با هم یکی خواهند شد. همان‌طور که در تصویر مشخص است، روند ترکیب دو کهکشان وسطی همین حالا آغاز شده است و در آینده دو کهکشان دیگر هم به آن ها ملحق خواهند شد. در تصویر بالا می‌توانید تصویر ترکیبی از دوربین NIRCam و حسگر MIRI را مشاهده کنید. تصویر ترکیبی NIRCam و MIRI، ستاره‌های داخل این کهکشان‌ها که پشت گرد و غبار اطرافشان قرار دارند را با وضوح بی‌سابقه‌ای نشان می‌دهد. با وجود این‌که کهکشان سمت چپ در فاصله 30 میلیون سال نوری از زمین قرار دارد، تلسکوپ فضایی جیمز وب توانسته بسیاری از ستاره‌های آن را حتی از این فاصله بسیار زیاد مشاهده کند و قدرت واقعی خود را به‌رخ بکشد.
با نگاه به تصویری که حسگر MIRI جیمز وب از پنج‌قلو استفان دریافت کرده (تصویر بالا)، می‌توان ساختار کلی گرد و غبار این کهکشان و نقاطی که فعالیت بیشتری در زمینه تولید ستاره‌ها دارند را مشاهده کرد. دوربین و حسگرهای قدرتمند جیمز وب در تمامی تصاویر اطلاعاتی بیشتر از اطلاعات مورد نظر اولیه ارائه می‌کنند و همان‌طور که در تصویر زیر می‌بینید، یک کهکشان کوتوله هم توسط حسگر MIRI جیمز وب شناسایی شده است.
در تصویر MIRI پنج‌قلو استفان می‌توان یک شی درخشان را هم در مرکز کهکشان بالایی مشاهده کرد. این شی درخشان، یک سیاه‌چاله کلان‌جرم (Supermassive) در حال رشد است که در مرکز این کهکشان قرار دارد. دلیل درخشش این سیاه‌چاله کلان جرم، حرکت بسیار سریع گاز هیدروژن در اطراف آن است که باعث بالا رفتن شدید دمای این گاز و درخشش شدید آن، مخصوصا در طول موج فروسرخ، می‌شود.
جیمز وب می‌تواند هر فریم را با تمرکز روی یک طیف نوری دریافت کند و به این ترتیب، تصاویر مخصوص هر مولکول را به‌صورت جداگانه نمایش دهد. در قسمت پایین و راست تصویر زیر می‌توانید تصویر مخصوص مولکول‌های هیدروژن در کهکشان بالایی پنج‌قلو استفان را مشاهده کنید که به‌وضوح حلقه هیدروژنی دور این سیاه‌چاله کلان‌جرم را نشان می‌دهد. اطلاعاتی بی‌نظیر که هرگز توسط هیچ تلسکوپ فضایی دیگری از سیاه‌چاله‌ها دریافت نشده بود.
با بررسی طیف نور ساطع شده از این سیاه‌چاله کلان جرم، مشخص می‌شود که جرم این سیاه‌چاله، 24 میلیون برابر جرم خورشید بوده و همواره درحال افزایش است. انرژی ساطع شده توسط این سیاه‌چاله عظیم بیشتر از 40 میلیارد برابر انرژی‌‌ای است که در هر لحظه از خورشید ساطع می‌شود.
در حال حاضر، این تصویر بزرگترین و باکیفیت‌ترین تصویر منتشر شده توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب محسوب می‌شود که ترکیبی از 1000 عکس مختلف است. با ترکیب تمام این 1000 عکس، یک تصویر 150 میلیون پیکسلی به‌دست آمده که در پس زمینه آن می‌توان هزاران کهکشان دیگر را هم مشاهده کرد.
سحابی حلقه جنوبی
سحابی حلقه جنوبی (Southern Ring Nebula)، انرژی آزاد شده از انفجار یک ستاره خورشیدمانند در فاصله 2000 سال نوری از زمین را نشان می‌دهد که حالا تبدیل به یک کوتوله سفیده شده و هسته‌اش همچنان درحال آزاد کردن انرژی است. تصویر سمت چپ توسط دوربین NIRCam جیمز وب دریافت شده و علاوه بر نمایش دقیق گرد و غبار و فضای داخلی این سحابی، اطلاعاتی از قبیل شدت هر پالس انفجاری این ستاره و دمای هر بخش این سحابی را نشان می‌دهد. بخش‌های آبی رنگ این سحابی، طول موج کوتاه‌تری دارند و بسیار داغ‌تر از بخش‌های قرمز رنگ هستند.
البته این کوتوله سفید در تصویر NIRCam قابل مشاهده نیست و ستاره‌ای که در مرکز تصویر بالا می‌بینید درواقع یک ستاره فعال، کوچک و نسبتا خنک است. با نگاه به تصویر MIRI (تصویر سمت راست) از سحابی حلقه جنوبی، می‌توان کوتوله سفید درحال مرگی که این سحابی را خلق کرده را هم مشاهده کرد که به‌خاطر گرد و غبار فراوان و نور شدید ستاره دوم، در تصویر NIRCam قابل مشاهده نبود.
هرچه طول موج نور دریافتی، از طول موج نور مرئی بیشتر شود، وضوح تصویر دریافتی هم کاهش پیدا می‌کند. به همین دلیل است که تصاویر حسگر MIRI جیمز وب در مقایسه با دوربین NIRCam، وضوح پایین‌تری دارند.
با وجود این‌که جیمز وب در این تصاویر تنها روی سحابی حلقه جنوبی تمرکز کرده است، محیط پس‌زمینه این تصویر مانند تصاویر قدیمی تلسکوپ هابل خالی نیست و حتی می‌توان کهکشان‌هایی در فاصله چند میلیارد سال نوری را پشت گرد و غبار این سحابی مشاهده کرد. می‌توانید با دقت به بخش سمت چپ تصویر NIRCam سحابی حلقه جنوبی، سه کهکشانی که پشت این سحابی و در فاصله چندین میلیارد سال نوری از زمین قرار دارند را مشاهده کنید.
خوشه کهکشانی SMACS 0723
برخلاف تیترهایی که درباره این عکس زده شد، تصویر خوشه کهکشانی SMACS 0723، همان‌طور که از نامش پیداست، یک عکس Deep Field یا میدان عمیق نیست و روی این خوشه کهکشانی در فاصله 4.5 میلیارد سال نوری از زمین تمرکز می‌کند. تصویر میدان عمیق، تصویری است که تلسکوپ فضایی هابل برای مشاهده دورترین و کم‌نورترین کهکشان‌ها و ستاره‌ها، از خلوت‌ترین نقطه آسمان گرفت.
جرم این خوشه کهکشانی به‌قدری زیاد است که با خم کردن فضا زمان، نور پشت سر خود را خم می‌کند و به‌عنوان یک لنز گرانشی عظیم، امکان مشاهده کهکشان‌های بسیار دوردست را به جیمز وب می‌دهد. کهکشان‌هایی بسیار کم‌نور (به‌خاطر فاصله زیاد) که به قدری از ما فاصله دارند که حتی تلسکوپ فضایی جیمز وب هم نمی‌تواند تنها با تکیه بر توانایی‌های خود، آن‌ها را مشاهده کند.
غیر از چند نقطه درخشان و هشت‌پر که ستاره‌های داخل کهکشان راه شیری هستند و جلوی کهکشان‌های دوردست قرار گرفته‌اند، تمام نقاط کم‌نور دیگری که در این تصویر مشاهده می‌کنید، کهکشان‌هایی هستند که چندین میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند. البته این ستاره‌های نزدیک، تنها نقاط نورانی و هشت‌پر این تصویر نیستند. با زوم کردن تصویر روی برخی از کهکشان‌های کوچک و کم‌نور پس‌زمینه، می‌توان پرتو نور هشت‌پر را حتی در این کهکشان‌ها هم مشاهده کرد که وجود سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم را در مرکز این کهکشان‌ها ثابت می‌کند. با توجه به فاصله بسیار زیاد این کهکشان‌ها از زمین، شگفت انگیز است که تلسکوپ فضایی جیمز وب توانسته نور ساطع شده از این سیاه‌چاله‌ها را دریافت کند.
تلسکوپ فضایی جیمز وب با دقتی باورنکردنی، نور درون خوشه‌ای این خوشه کهکشانی را هم دریافت کرده است. نور درون خوشه‌ای (Intracluster Light) از گرد و غبار بین کهکشانی این خوشه کهکشانی ساطع شده است و می‌توانید آن را به‌وضوح در وسط این تصویر مشاهده کنید. حتی با بررسی دقیق این تصویر و تصویر MIRI جیمز وب از این خوشه کهکشانی، نمی‌توان بخش بزرگی از جرم عظیمی که باعث ایجاد این لنز گرانشی شده را مشاهده کرد. جرمی که قطعا در این قسمت از کیهان وجود دارد دلیل اصلی شکل‌گیری پدیده لنز گرانشی است. غیبتی که یک مدرک دیگر برای وجود ماده تاریک (و نحوه پخش شدن آن در این خوشه کهکشانی) را به ما می‌دهد.
در تصویر زیر می‌توانید برخی از دورترین کهکشان‌هایی که جیمز وب توانسته در این تصویر شکار کند را مشاهده کنید. نور یکی از این کهکشان‌ها از 13.1 میلیارد سال پیش به ما می‌رسد. تنها 700 میلیون سال پس از مه‌بانگ و خلق کیهان.
نور این کهکشان‌ها در حالی توسط دوربین‌های جیمز وب تشخیص داده شده که هدف این تلسکوپ از گرفتن چنین عکسی، پیدا کردن کهکشان‌های بسیار دوردست نبوده است. به‌دست آوردن بسیاری از اطلاعات و تصاویری که تلسکوپ فضایی جیمز وب در اولین هفته از فعالیت خود به دست آورده، در گذشته غیرممکن بوده و نمونه مشابه بعضی از آن‌ها که در گذشته توسط تلسکوپ فضایی هابل دریافت شده، در مدت زمان بسیار طولانی‌تری به‌دست آمده‌اند. برای مثال، تکمیل تصویر میدان عمیق هابل، حدود 22 روز زمان برده است اما جیمز وب قرار است همین کار را با کیفیت بسیار بالاتر در 122 ساعت انجام دهد. تصویر میدان عمیق تلسکوپ فضایی جیمز وب در ماه فبریه سال 2023 منتشر خواهد شد.
WASP-96 b
WASP-96 b یک غول گازی (مانند و به‌اندازه سیاره مشتری) بسیار داغ است که به‌خاطر فاصله بسیار کم از ستاره‌اش، در هر سه روز یک‌بار دور آن میچرخد. برخلاف تصاویر قبلی، جیمز وب تنها با تکیه بر طیف‌نگار NIRISS خود، گراف نوری WASP-96 b را در هنگام عبور این سیاره از مقابل ستاره‌اش تحلیل کرده است. این گراف نشان‌دهنده میزان نور دفع شده توسط جو سیاره WASP-96 b است. کوچک‌ترین ذرات انرژی که توسط جو این سیاره دفع شده‌اند، جنس مولکول‌های تشکیل دهنده جو آن را مشخص می‌کنند. با وجود فاصله بسیار کم WASP-96 b از ستاره خود، بررسی این اطلاعات نشان می‌دهد که بخار آب در جو این سیاره وجود دارد. از دیگر اطلاعاتی که از این روش درباره این سیاره به‌دست آمده، می‌توان به دمای 725 درجه سانتی‌گرادی آن و وجود ابر و مه در جو این سیاره اشاره کرد.
WASP-96 b در فاصله 1150 سال نوری از زمین قرار دارد و با وجود این‌که بررسی مولکول‌های جو این سیاره اطلاعات ارزشمندی از حضور مولکول‌های آب در دمای بسیار بالای این سیاره ارائه می‌کند، برنامه‌های آینده جیمز وب برای بررسی جو سیاره‌های نزدیکتر و زمین‌مانند، بسیار مهم‌تر و هیجان‌انگیزتر خواهد بود.
این تنها آغاز کار تلسکوپ فضایی جیمز وب است و با استفاده از طیف‌نگار NIRISS این تلسکوپ می‌توان سیاره‌های شبیه زمین خارج از منظومه شمسی را برای یافتن مولکول‌های آب یا حتی اوزون بررسی کرد.
موارد بالا بخشی از اطلاعات اولیه‌ای هستند که از عکس‌های اولین هفته فعالیت تلسکوپ فضایی جیمز وب منتشر شده‌اند.علاوه بر مبحث اصلی هر یک از این تصاویر، هزاران کهکشان و ستاره دیگر در پس زمینه این تصاویر وجود دارند که مطالعه آن‌ها می‌تواند اطلاعات ارزشمندی به ما ارائه کند. برای مثال، یکی از اولین مطالعاتی که روی تصویر دریافتی جیمز وب از خوشه کهکشانی SMACS 0723 انجام شده، این احتمال را مطرح می‌کند که تعداد کهکشان‌های مشابه کهکشان راه شیری که در اولین سال‌های پس از بیگ بنگ به‌وجود آمدند، 10 برابر بیشتر از تصورات قبلی هستند.
در حال حاضر، به‌خاطر فاصله زیاد جیمز وب از زمین و عدم وجود تکنولوژی مورد نیاز، امکان سرویس این تلسکوپ وجود ندارد، اما ناسا در حال برنامه‌ریزی و آماده شدن برای سرویس و تعمیر این تلسکوپ در سال‌های آینده است. در ابتدا قرار بود که بخشی از سوخت تلسکوپ فضایی جیمز وب در هنگام قرارگیری این تلسکوپ در مدار استفاده شود، اما مراحل ارسال جیمز وب به مدار L2 به قدری دقیق اجرا شدند که نیازی به استفاده از این سوخت وجود نداشت و در نتیجه، این تلسکوپ می‌تواند برای مدت زمان طولانی‌تری نسبت به پیش‌بینی اولیه فعالیت کند. در ابتدا قرار بود که جیمز وب برای حدود پنج تا 10 سال فعالیت کند، اما حالا سوخت مورد نیاز برای ادامه فعالیت بیشتر از 20 سال را هم در مخازن خود ذخیره کرده است. البته تصاویری که جیمز وب دریافت می‌کند، به‌قدری پرجزئیات، دقیق و باکیفیت هستند که بشریت را برای مدت بسیار طولانی‌تری مشغول مطالعه نگه خواهند داشت.
