A Hubble űrteleszkóp nemrég fedezte fel a valaha látott legtávolabbi csillagot, ami az Earendel csillag, azaz hajnalcsillag nevet kapta. Annak ellenére, hogy az Earendel 50-szer nagyobb tömegű, mint a Nap, és több milliószor fényesebb, normális esetben nem láthatnánk. Azért láthatjuk, mert a csillag és egy előtte lévő nagy galaxishalmaz együttállása lehetővé teszi ezt most, és amelynek gravitációja a csillag fényét úgy hajlítja, hogy az fényesebbé és fókuszáltabbá válik, lényegében ezzel így lencsét alkotva.
A csillagászok valójában a mély múltba látnak, amikor távoli objektumokat vizsgálnak. A fény állandó sebességgel terjed (3×10⁸ méter másodpercenként), így minél távolabb van egy objektum, annál hosszabb időbe telik, amíg a fény eljut hozzánk. Mire a nagyon távoli csillagok fénye eljut hozzánk, az általunk látott fény akár több milliárd éves is lehet. Tehát olyan eseményeket látunk, amelyek a múltban történtek.
Amikor ma az Earendel csillag fényét figyeljük, akkor valójában a csillag által 12,9 milliárd évvel ezelőtt kibocsátott fényt látjuk; ezt nevezzük visszatekintési időnek. A most megfigyelt Earendel mindössze 900 millió évvel az ősrobbanás utáni állapotot mutatja. Mivel azonban a világegyetem is gyorsan tágult az alatt az idő alatt, amíg ez a fény eljutott hozzánk, az Earendel most már 28 milliárd fényévre van tőlünk.
A James Webb űrteleszkóppal még messzebb láthatunk az űrben
Most, hogy a Hubble utódja, a James Webb űrteleszkóp (JWST) is már a helyén van, talán még korábbi csillagokat is képesek leszünk észlelni. Bár lehet, hogy nem sok olyan lehetőség adatik, amely során a csillag szépen igazodik ahhoz, hogy „gravitációs lencsét” alkosson, és így pontosan láthassuk.
Ahhoz, hogy messzebbre lássunk az időben, a tárgyaknak nagyon fényesnek kell lenniük. A legtávolabbi objektumok, amelyeket eddig láttunk, a legnagyobb tömegű és legfényesebb galaxisok voltak. A legfényesebb galaxisok azok, amelyekben kvazárok vannak – olyan fényes objektumok, amelyekről úgy gondolják, hogy szupermasszív fekete lyukak táplálják őket.
1998 előtt a legtávolabbi észlelt kvazár-galaxisok körülbelül 12,6 milliárd éves visszatekintési idővel rendelkeztek. A Hubble-űrteleszkóp jobb felbontása 13,4 milliárd évre növelte a visszatekintési időt. A JWST szolgálatba állításával várhatóan ezt a galaxisok és csillagok esetében esetleg 13,55 milliárd évre tudjuk kitolni.
A csillagok néhány százmillió évvel az ősrobbanás után kezdtek el kialakulni, abban az időben, amelyet kozmikus hajnalnak nevezünk. A csillagászok nagyon szeretnék látni a csillagokat a kozmikus hajnal időszakából is, mivel ez megerősíthetné a világegyetem és a galaxisok kialakulására vonatkozó elméleteinket. Ennek ellenére a kutatások azt sugallják, hogy talán soha nem leszünk képesek a legtávolabbi objektumokat is olyan részletességgel látni a távcsövekkel, ahogyan szeretnénk – az univerzumnak lehet, hogy van egy alapvető optikai felbontási határa.
Miért érdemes visszanézni?
A JWST egyik fő célja, hogy megismerjük, hogyan nézett ki a korai világegyetem, és mikor keletkeztek a korai csillagok és galaxisok, amelyek feltételezhetően 100 millió és 250 millió évvel az ősrobbanás után keletkeztek.
Már képesek vagyunk fényt látni 13,8 milliárd évvel ezelőttről, bár ez még nem csillagfény – akkor még ugyanis nem voltak csillagok. A legtávolabbi fény, amit láthatunk, az úgynevezett kozmikus mikrohullámú háttér (CMB- cosmic microwave background), amely az ősrobbanásból visszamaradt fény, és mindössze 380 000 évvel a mi kozmikus születésünk után keletkezett.
A CMB kialakulása előtti világegyetem pozitív protonokból (amelyek ma az atommagot alkotják a neutronokkal együtt) és negatív elektronokból álló töltött részecskéket, valamint fényt tartalmazott. A fényt a töltött részecskék szétszórták, ami a világegyetemet ködös levessé tette. Ahogy a világegyetem tágult, úgy hűlt le ez a közeg, míg végül az elektronok egyesültek a protonokkal, és megalkották az atomokat.
Az atomoknak nem volt töltésük, így a fény már nem szóródott, és egyenes vonalban tudott mozogni a világegyetemben. Ez a fény folytatta útját a világegyetemben, amíg el nem jutott hozzánk napjainkban. A fény hullámhossza a világegyetem tágulásával egyre hosszabb lett, és jelenleg mikrohullámokként látjuk. Ez a fény a CMB, és az égbolt minden pontján egyenletesen látható. A CMB mindenütt jelen van a világegyetemben.
Közelkép az Earendel csillagról
A CMB-fény a legmesszebbre visszanyúló fény, amit eddig láttunk. A korábbi időkből származó fényt nem láthatjuk, mert az a fény szétszóródott, és még az univerzum nem volt átlátszó. Van azonban egy olyan lehetőség, hogy egy nap még a CMB-nél is messzebbre láthatunk. Ehhez azonban nem használhatjuk a fényt. Gravitációs hullámokat kell majd használnunk. Ezek magának a téridőnek a fodrozódásai. Ha a nagyon korai világegyetem ködében keletkeztek, akkor potenciálisan ma is elérhetnek minket.
2015-ben a LIGO detektorral két fekete lyuk összeolvadásából származó gravitációs hullámokat észleltek. Lehet, hogy a következő generációs űralapú gravitációs hullámdetektor – például az ESA Lisa nevű teleszkópja, amelyet 2037-ben indítanak útjára – képes lesz belelátni a nagyon korai univerzumba, abba az időbe, mielőtt a CMB 13,8 milliárd évvel ezelőtt kialakult.
