È stata una settimana emozionante con il rilascio di foto mozzafiato del nostro universo da parte del James Webb Space Telescope (JWST). Immagini come quella qui sotto ci danno la possibilità di vedere deboli galassie lontane come erano più di 13 miliardi di anni fa.

È il momento perfetto per fare un passo indietro e apprezzare il nostro biglietto di prima classe per le profondità dell'universo e come queste immagini ci permettono di guardare indietro nel tempo.

Queste immagini sollevano anche punti interessanti su come l'espansione dell'universo influenzi il modo in cui calcoliamo le distanze su scala cosmologica.

Viaggi nel tempo moderno

Guardare indietro nel tempo potrebbe sembrare un concetto strano, ma è ciò che i ricercatori spaziali fanno ogni singolo giorno.

Il nostro universo è vincolato dalle regole della fisica, con una delle "regole" più conosciute è la velocità della luce. E quando parliamo di "luce", in realtà ci riferiamo a tutte le lunghezze d'onda attraverso lo spettro elettromagnetico, che viaggiano a circa 300.000 chilometri al secondo.

La luce viaggia così velocemente che nella nostra vita quotidiana sembra essere istantanea. Anche a queste velocità vertiginose, ci vuole ancora del tempo per viaggiare ovunque nel cosmo.

Quando guardi la luna, la vedi effettivamente com'era 1,3 secondi fa. È solo una piccola sbirciatina indietro nel tempo, ma è ancora il passato. È lo stesso con la luce solare, tranne per il fatto che i fotoni (particelle di luce) emessi dalla superficie del sole viaggiano poco più di otto minuti prima di raggiungere finalmente la Terra.

La nostra galassia, la Via Lattea, si estende per oltre 100.000 anni luce. E le bellissime stelle appena nate viste nell'immagine della Nebulosa Carina di JWST si trovano a 7.500 anni luce di distanza. In altre parole, questa nebulosa come nella foto risale a un'epoca di circa 2000 anni prima di quando si pensa che la prima scrittura in assoluto sia stata inventata nell'antica Mesopotamia.

Ogni volta che distogliamo lo sguardo dalla Terra, guardiamo indietro nel tempo a come erano le cose una volta. Questo è un superpotere per gli astronomi perché possiamo usare la luce, osservata nel tempo, per cercare di risolvere il mistero del nostro universo.

Cosa rende JWST spettacolare

I telescopi spaziali ci permettono di vedere alcune gamme di luce che non sono in grado di passare attraverso la densa atmosfera terrestre. Il telescopio spaziale Hubble è stato progettato e ottimizzato per utilizzare sia la parte ultravioletta (UV) che quella visibile dello spettro elettromagnetico.

Il JWST è stato progettato per utilizzare un'ampia gamma di luce infrarossa. E questo è un motivo fondamentale per cui il JWST può vedere più indietro nel tempo di Hubble.

Le galassie emettono una gamma di lunghezze d'onda sullo spettro elettromagnetico, dai raggi gamma alle onde radio e tutto il resto. Tutti questi ci forniscono informazioni importanti sulla diversa fisica che si verifica in una galassia.

Quando le galassie sono vicine a noi, la loro luce non è cambiata molto da quando sono state emesse e possiamo sondare una vasta gamma di queste lunghezze d'onda per capire cosa sta succedendo al loro interno.

Ma quando le galassie sono estremamente lontane, non abbiamo più quel lusso. La luce delle galassie più lontane, come la vediamo ora, è stata allungata a lunghezze d'onda più lunghe e più rosse a causa dell'espansione dell'universo.

Ciò significa che parte della luce che sarebbe stata visibile ai nostri occhi quando è stata emessa per la prima volta ha da allora perso energia con l'espansione dell'universo. Ora è in una regione completamente diversa dello spettro elettromagnetico. Questo è un fenomeno chiamato "redshift cosmologico".

Ed è qui che il JWST brilla davvero. L'ampia gamma di lunghezze d'onda dell'infrarosso rilevabili da JWST gli consentono di vedere galassie che Hubble non avrebbe mai potuto vedere. Combina questa capacità con l'enorme specchio di JWST e l'eccezionale risoluzione dei pixel e avrai la macchina del tempo più potente dell'universo conosciuto.

L'età leggera non è uguale alla distanza

Utilizzando il JWST, saremo in grado di catturare galassie estremamente distanti poiché erano solo 100 milioni di anni dopo il Big Bang, avvenuto circa 13,8 miliardi di anni fa.

Quindi saremo in grado di vedere la luce di 13,7 miliardi di anni fa. Ciò che sta per ferire il tuo cervello, tuttavia, è che quelle galassie non sono lontane 13,7 miliardi di anni luce. La distanza effettiva di quelle galassie oggi sarebbe di circa 46 miliardi di anni luce.

Questa discrepanza è dovuta all'universo in espansione e rende difficile lavorare su una scala molto ampia.

L'universo si sta consumando a causa di qualcosa chiamato "energia oscura". Si pensa che sia una costante universale, che agisce allo stesso modo in tutte le aree dello spazio-tempo (il tessuto del nostro universo).

E più l'universo si espande, maggiore è l'effetto che l'energia oscura ha sulla sua espansione. Questo è il motivo per cui anche se l'universo ha 13,8 miliardi di anni, in realtà ha un diametro di circa 93 miliardi di anni luce.

Non possiamo vedere l'effetto dell'energia oscura su scala galattica (all'interno della Via Lattea), ma possiamo vederlo a distanze cosmologiche molto maggiori.

Siediti e divertiti

Viviamo in un tempo straordinario della tecnologia. Solo 100 anni fa, non sapevamo che esistessero galassie al di fuori della nostra. Ora stimiamo che ce ne siano trilioni e abbiamo l'imbarazzo della scelta.

Per il prossimo futuro, il JWST ci porterà in un viaggio attraverso lo spazio e il tempo ogni settimana. Puoi rimanere aggiornato con le ultime notizie man mano che la NASA le rilascia. + Esplora ulteriormente

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Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.