Câmp adânc Hubble

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Câmpul adânc Hubble.

Câmpul adânc Hubble (HDF), în câmpul italian adânc Hubble, este o imagine a unei mici regiuni din constelația „ Ursului cel Mare” , pe baza rezultatelor unei serii de observații ale telescopului spațial Hubble . Acesta acoperă o suprafață de 15 minute de arc și a fost asamblat prin alăturarea a 342 de expuneri separate realizate cu Wide Field și Planetary Camera 2 (WFPC2) ale telescopului spațial pe parcursul a zece zile consecutive, între 18 și 28 decembrie 1995 .

Câmpul este atât de mic încât se găsesc acolo doar câteva stele din Calea Lactee ; prin urmare, aproape toate cele 3000 de obiecte din imagine sunt galaxii , dintre care unele sunt printre cele mai tinere și mai îndepărtate cunoscute. Prin dezvăluirea unui număr atât de mare de galaxii foarte tinere, HDF a devenit o imagine de bază în studiul universului timpuriu și, de la crearea sa, a făcut obiectul a aproape 400 de articole științifice.

La trei ani după observațiile HDF, o regiune din emisfera sudică cerească a fost fotografiată în mod similar și a fost numită Hubble Deep Field South . Asemănările dintre cele două regiuni au întărit ideea că universul este uniform pe scară largă și că Pământul ocupă o regiune tipică în univers ( principiul cosmologic ).
În 2004, din rezultatele a unsprezece zile de observații a fost construită o imagine mai profundă cunoscută sub numele de Hubble Ultra Deep Field (HUDF). HUDF a fost depășit pe 25 septembrie 2012 de Hubble Extreme Deep Field (XDF), construit prin 23 de zile de observație.

Ideaţie

Îmbunătățirea enormă a capacității de imagine a lui Hubble în urma instalării opticii corective a încurajat încercările de a obține imagini foarte profunde ale galaxiilor îndepărtate.

Unul dintre obiectivele astronomilor care au proiectat Telescopul Spațial Hubble a fost acela de a folosi rezoluția sa optică ridicată pentru a studia galaxiile îndepărtate la un nivel imposibil de detaliu de pe Pământ. Poziționat deasupra atmosferei , Hubble evită luminescența atmosferică, permițând imagini mai sensibile în lumină vizibilă și ultraviolete decât cele care pot fi obținute de la telescoapele de la sol în vizibil.
Deși atunci când telescopul a fost lansat în 1990, oglinda sa a fost afectată de aberații sferice , ar putea fi încă folosită pentru a captura imagini ale galaxiilor mai îndepărtate decât s-ar putea aștepta. Deoarece lumina durează milioane de ani pentru a ajunge pe Pământ de la galaxii foarte îndepărtate, le vedem așa cum erau acum milioane de ani; prin urmare, extinderea scopului unei astfel de cercetări la galaxii din ce în ce mai îndepărtate ne permite o mai bună înțelegere a modului în care acestea evoluează .

După corectarea aberației sferice, efectuată în timpul misiunii Space Shuttle STS-61 din 1993 , abilitatea excelentă de imagistică a telescopului a fost utilizată pentru a studia galaxiile din ce în ce mai îndepărtate și mai slabe. Medium Deep Survey (MDS) a folosit WFPC2 pentru a obține imagini profunde ale câmpurilor aleatorii, în timp ce alte instrumente au fost utilizate pentru observații stabilite anterior. În același timp, alte programe s-au concentrat pe galaxii deja cunoscute din observații la sol. Toate aceste studii au relevat diferențe substanțiale între proprietățile galaxiilor actuale comparativ cu cele care existau acum câteva milioane de ani.

Până la 10% din timpul de observare HST a fost așa-numitul Director's Discretion Time (DD) și a fost de obicei dat astronomilor pentru studierea fenomenelor tranzitorii neașteptate, cum ar fi supernove . După ce a văzut că optica corectivă a lui Hubble a funcționat bine, directorul de atunci al Space Telescope Science Institute , Robert Williams, a decis să permită o fracțiune substanțială din timpul său DD pentru studierea galaxiilor îndepărtate. Un consiliu consultativ special al institutului a recomandat utilizarea WFPC2 pentru fotografierea unei părți „tipice” a cerului la o latitudine galactică ridicată, folosind diverse filtre optice . Apoi a fost înființat un grup de lucru pentru a dezvolta și implementa proiectul.

Alegerea obiectivului

HDF se află în centrul acestei imagini (ocupă un grad ), arătând natura obișnuită a acestei zone a cerului.
Video care prezintă noutățile pe care le aduce câmpul profund Hubble.

Zona aleasă pentru observații trebuia să îndeplinească mai multe criterii. Trebuie să fi fost la latitudine mare galactică, deoarece praful interstelar și materialul întunecat din planul discului Căii Lactee împiedică observarea galaxiilor îndepărtate. Trebuia să evite sursele de lumină cunoscute de lumină vizibilă , infraroșu , ultraviolete și emisii de raze X , pentru a facilita studiile ulterioare ale obiectelor din câmpul adânc la diferite lungimi de undă. De asemenea, trebuia să se afle într-o regiune cu o concentrație scăzută de nori infrarosii de fundal, filamente slabe de emisii în infraroșu considerate a fi cauzate de încălzirea boabelor de praf în nori reci de hidrogen ( regiuni HI ).

Aceste criterii au restrâns considerabil domeniul de aplicare al potențialelor zone vizate. De asemenea, s-a decis ca acestea să se afle în „zone de vizionare continuă” (CVZ), zone ale cerului care nu sunt niciodată ascunse de Pământ sau de Lună în timpul orbitei lui Hubble. Echipa a decis să se concentreze asupra CVZ-urilor nordice, astfel încât telescoapele din emisfera nordică , cum ar fi telescoapele Keck și Very Large Array , să poată efectua observații suplimentare.

Au fost identificate douăzeci de zone care îndeplineau toate criteriile, printre care au fost aleși trei candidați optimi, toate în cadrul constelației Ursa Major . Observațiile radio au exclus una dintre aceste zone, deoarece conținea o sursă radio, iar decizia finală între celelalte două a fost luată pe baza prezenței stelelor de referință în apropierea zonei: observațiile Hubble necesită în mod normal câteva stele din apropiere care i senzorii de orientare ai telescopului se pot bloca în timpul expunerii, dar având în vedere importanța observațiilor HDF, echipa a solicitat un al doilea set de stele de referință.
Zona aleasă în cele din urmă este la o ascensiune dreaptă egală cu 12 h 36 m 49,4 s și o declinație de + 62 ° 12 ′ 48 ″ [1] .

Observații

HDF a fost localizat în zona de vizualizare continuă nordică a Hubble, așa cum se vede în această diagramă.

Odată ce zona a fost aleasă, a trebuit dezvoltată o strategie de observare. O decizie importantă a fost de a determina ce filtru optic să se utilizeze în observații: WFPC2 a fost echipat cu patruzeci și opt de filtre, inclusiv filtre cu bandă îngustă , care izolează linii de emisii particulare de interes astrofizic și filtre în bandă largă , utile pentru studiul culorii stelelor. și galaxii. Alegerea filtrelor a depins de „ debitul ” fiecărui filtru, adică de porțiunea de lumină totală pe care o lasă să treacă și de acoperirea spectrală. De fapt, a fost util să aveți cât mai puține filtre cu banda de trecere suprapusă.

În cele din urmă, au fost alese patru filtre de bandă largă, centrate la lungimi de undă de 300 nm (aproape de ultraviolet), 450 nm (lumină albastră), 606 nm (lumină roșie) și 814 nm (aproape de infraroșu). Deoarece eficiența cuantică a detectoarelor Hubble a fost destul de scăzută la 300 nm, zgomotul observat la aceste lungimi de undă s-a datorat în principal CCD-urilor mai degrabă decât fundalului cerului: astfel aceste observații ar fi putut fi efectuate atunci când un zgomot ridicat al fundalului ar fi avut a afectat eficiența observațiilor în celelalte benzi de trecere.

Imaginile zonei țintă din filtrele alese au fost realizate timp de zece zile consecutive, timp în care Hubble a orbitat Pământul de aproximativ 150 de ori. Timpul total de expunere la fiecare lungime de undă a fost de 42,7 ore (300 nm), 33,5 ore (450 nm), 30,3 ore (606 nm) și 34,3 ore (814 nm), împărțit în 342 de expuneri independente pentru a preveni deteriorarea imaginilor individuale de către razele cosmice , care fac să apară dungi de lumină atunci când lovesc detectoarele CCD.

Analiza datelor

O secțiune a HDF de aproximativ 14 secunde de arc pe fiecare dintre cele patru lungimi de undă utilizate pentru a construi versiunea finală: 300 nm (stânga sus), 450 nm (dreapta sus), 606 nm (stânga jos) și 814 nm (dreapta jos) .

Crearea unei imagini finale combinate cu fiecare lungime de undă a fost un proces complex. Pixeli strălucitori cauzați de impactul razelor cosmice în timpul expunerii au fost îndepărtați prin compararea diferitelor expuneri ale fiecărei lungimi și identificarea pixelilor deteriorați într-o expunere, dar nu în alta. Mai mult, urmele de resturi spațiale și sateliți artificiali au fost îndepărtate cu atenție din imaginile originale.

Lumina împrăștiată de pe Pământ a fost evidentă în aproximativ un sfert din cadrele de date. Pentru ao elimina, imaginea afectată de lumina împrăștiată a fost aliniată cu una care nu a fost afectată de această problemă. Ramele luminoase ar putea fi apoi scăzute din imaginea rezultată. Această procedură a făcut posibilă îndepărtarea luminii împrăștiate din aproape toate imaginile în care a fost prezentă.

Pentru a combina imaginile individuale, a fost experimentată o tehnică numită „ stropire ”, în care obiectivul telescopului a fost variat între seturi de expuneri. Fiecare pixel de pe jetoanele CCD WFPC2 a înregistrat o suprafață a cerului de 0,09 secunde de arc, dar a schimbat direcția de îndreptare a telescopului cu mai puțin decât distanța dintre expuneri și folosind tehnici sofisticate de procesare a imaginilor, imaginile rezultate au fost combinate, obținând o mai bună rezoluție unghiulară finală. Imaginile HDF produse la fiecare lungime de undă aveau o dimensiune finală a pixelilor de 0,03985 secunde de arc.

Prelucrarea datelor a dus la patru imagini monocrome, care au fost apoi combinate într-o imagine color. Deoarece lungimile de undă la care au fost realizate imaginile nu corespund lungimilor de undă ale roșu , verde și albastru , culorile imaginii finale sunt doar o reprezentare aproximativă a adevăratei culori a galaxiilor: alegerea filtrelor pentru majoritatea imaginilor luată de Hubble, de fapt, a fost dictată în principal de utilitatea științifică a observațiilor, mai degrabă decât de corespondența cu culorile pe care ochiul uman le-ar fi putut percepe.

Conținutul câmpului profund

Imaginile finale au permis identificarea a aproximativ 3.000 de galaxii distincte, atât galaxii neregulate , cât și galaxii spirale , vizibile în ciuda unor galaxii care ocupă doar câțiva pixeli. Majoritatea obiectelor din HDF sunt galaxii îndepărtate.

Există aproximativ cincizeci de obiecte cu punct albastru în HDF. Unele par a fi asociate cu galaxiile din apropiere, care împreună formează lanțuri și arcuri - aceste regiuni sunt probabil regiuni cu formare intensă de stele . Alte obiecte ar putea fi quasare îndepărtate. Astronomii au exclus inițial posibilitatea ca unele obiecte asemănătoare unor puncte să fie pitici albi , deoarece păreau prea albaștri pentru a fi în concordanță cu teoriile predominante ale evoluției piticului alb în acel moment. Cu toate acestea, lucrări mai recente au descoperit că unele pitice albe devin mai albastre odată cu îmbătrânirea, susținând ideea că HDF poate conține pitici albi. [2]

Rezultate științifice

Detaliile din HDF ilustrează marea varietate de forme, dimensiuni și culori ale galaxiilor din universul îndepărtat.

Datele HDF au furnizat o mulțime de materiale pentru analiză și aproape 400 de articole bazate pe HDF au apărut în literatura astronomică. Una dintre descoperirile fundamentale a fost prezența unui număr mare de galaxii cu valori ridicate ale deplasării spre roșu .

Pe măsură ce universul se extinde , obiecte mai îndepărtate se îndepărtează mai repede de Pământ, în ceea ce se numește fluxul Hubble . Deși erau deja cunoscuți quasarii cu redshift ridicat, foarte puține galaxii cu această caracteristică erau cunoscute înainte de imaginile HDF. Cu toate acestea, HDF conținea mai multe galaxii cu deplasări spre roșu corespunzătoare distanțelor de aproximativ 12 miliarde de ani lumină [3] . (Datorită deplasării spre roșu, obiectele mai îndepărtate din câmp nu sunt de fapt vizibile în imaginile Hubble: pot fi detectate numai în imaginile luate la lungimi de undă mai mari de telescoapele de la sol.)

Dintre galaxiile HDF există un număr proporțional mai mare de galaxii neregulate decât cele prezente în universul local; coliziunile și fuziunile dintre galaxii au fost mult mai frecvente în universul timpuriu decât sunt astăzi. Se crede că galaxiile eliptice gigantice se formează din coliziunea și fuziunea galaxiilor spirale și neregulate.

Cantitatea de galaxii din diferitele etape ale evoluției lor le-a permis astronomilor să estimeze variația ratei de formare a stelelor de-a lungul vieții universului. În timp ce estimările schimbării spre roșu a galaxiilor HDF sunt aspre, astronomii cred că formarea de stele a avut loc la o rată maximă în urmă cu 8-10 miliarde de ani și a scăzut cu aproximativ un factor de zece de atunci. [4]

Un alt rezultat important de la HDF este numărul foarte mic de stele din prim-plan prezente. De ani de zile, astronomii s-au întrebat despre natura materiei întunecate , o masă care pare a fi nedetectabilă, dar care ar ocupa 25% din masa universului. O teorie a fost că materia întunecată consta din MACHO (Massive Astrophysical Compact Halo Objects) - obiecte masive non-vizibile, cum ar fi piticii roșii și planetele din regiunile exterioare ale galaxiilor. HDF a arătat, totuși, că nu există un număr semnificativ de pitici roșii în părțile exterioare ale galaxiei noastre.

Observații ulterioare

Hubble Deep Field South seamănă foarte mult cu HDF-ul original, demonstrând principiul cosmologic .
Hubble Ultra Deep Field susține în continuare acest principiu. Cele mai mici, mai roșii galaxii, în jur de 100, sunt unele dintre cele mai îndepărtate galaxii pe care un telescop optic le-a fotografiat vreodată.

HDF este o piatră de hotar în cosmologia observațională și mai rămân multe de învățat din aceasta. Din 1995 zona a fost observată de mai multe telescoape terestre și alte telescoape spațiale, la lungimi de undă de la radiu la raze X.
Obiecte de redshift foarte ridicate au fost descoperite în interiorul HDF, mai ales de telescopul James Clerk Maxwell . Datorită schimbării mari la roșu, aceste obiecte sunt în general detectabile de astronomie în infraroșu sau astronomie submilimetrică , dar nu în lumină vizibilă.

Observații importante din spațiu au fost făcute de Observatorul de raze X Chandra și de Observatorul spațiului în infraroșu ( ISO ). Razele X au dezvăluit șase surse din HDF, corespunzătoare a trei galaxii: o spirală, un nucleu galactic activ și un obiect extrem de roșu, probabil o galaxie îndepărtată conținând o cantitate mare de praf care își absoarbe emisiile în lumina albastră [5] .
Observațiile ISO au indicat emisiile în infraroșu de la 13 galaxii vizibile în imaginile optice, atribuite unei cantități mari de praf asociată cu formarea intensă a stelelor. Imaginile radio de la sol, realizate folosind VLA, au dezvăluit șapte surse radio în HDF, toate corespunzând galaxiilor vizibile în imaginile optice.

În 1998 s -a creat un omolog al HDF în emisfera sudică cerească: Hubble Deep Field South . Creat cu ajutorul unei strategii de observare similare, HDF-S arăta foarte asemănător cu HDF-ul original. Aceasta susține principiul cosmologic care afirmă că universul este omogen pe scară largă.

Notă

  1. ^ Câmpul Hubble Deep este situat la
  2. ^ Hansen BMS (1998), Semnături observaționale ale vechilor pitici albi , al 19-lea Simpozion Texas despre astrofizică și cosmologie relativistică, J Paul, T Montmerle și E Aubourg (eds)
  3. ^ Rezumatul rezultatelor cheie din câmpul profund Hubble , oposite.stsci.edu . Adus la 3 decembrie 2007 (arhivat din original la 1 iulie 2011) .
  4. ^ Connolly AJ și colab. (1997),. Evoluția istoriei formării stelelor globale, măsurată din câmpul profund Hubble , Astrophysical Journal Letters, 486: L11
  5. ^ Hornschemeier A și colab. (2000), surse de raze X în câmpul profund Hubble detectat de Chandra , Astrophysical Journal, 541: 49-53

Bibliografie

Alte proiecte

linkuri externe

Obiecte de cer adânc Portalul Deep Sky Objects : Accesați intrările Wikipedia care se ocupă de obiecte non-stelare
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Hubble_deep_field&oldid=122371009 ”