Även efter nästan tre decennier av trofast tjänst fortsätter Hubble Space Telescope att fungera och ger hisnande bilder av kosmos. Som en av NASAs stora observatorier har dess observationer av avlägsna galaxer, exoplaneter och universumets expansion haft en revolutionerande inverkan på astronomi, astrofysik och kosmologi.
Hubbles senaste bidrag kommer i form av en djup himmel-mosaikbild som konstruerades med 16 års observationsvärde. Känd som "Hubble Legacy Field" och denna mosaik beskrivs som den största och mest omfattande "historien bok" av galaxer. Sammantaget innehåller den ungefär 265 000 galax som går tillbaka till bara 500 miljoner år efter Big Bang.
Nästan 7 500 individuella exponeringar gick in i skapandet av Hubble Legacy Field, vilket ger ett brett porträtt av det avlägsna universum som ser tillbaka till de tidigaste synliga tiderna. På så sätt visar bilden hur galaxer har förändrats över tid och växer genom sammanslagningar för att bli de jätte galaxer vi ser i Space Magazine. Detta innebär effektivt att 13,3 miljarder år med kosmisk utveckling har kroniserats i den här bilden.
Denna ambitiösa strävan innefattar det kollektiva arbetet med 31 Hubble-program av olika team av astronomer. Det inkorporerade också observationer gjorda av flera Hubble djupfältundersökningar. Dessa inkluderar Hubble Deep Field 1995, Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS) från 2003, Hubble Ultra Deep Field från 2004 och eXtreme Deep Field (XDF) från 2012, som är den djupaste utsikten över universum hittills. .
Som Garth Illingworth, professor emeritus vid UCSC och chef för teamet som samlade
”Nu när vi har gått bredare än i tidigare undersökningar skördar vi många mer avlägsna galaxer i det största sådana datasätt som någonsin har producerats. Ingen bild kommer att överträffa den här förrän framtida rymdteleskoper som James Webb har lanserats. ”
Förutom att visa galaxer i det synliga ljuset sträcker sig våglängdsområdet från den ultravioletta till den nästan infraröda delen av spektrumet. Detta är nyckeln i modern astronomi och kosmologi, genom att den gör det möjligt att synliggöra viktiga funktioner i galaxmontering. Ett bra exempel är
"Sådana utsökta högupplösta mätningar av de många galaxerna i denna katalog möjliggör ett stort antal extragalaktiska studier," sade katalogledare Katherine Whitaker vid University of Connecticut i Storrs. "Ofta har denna typ av undersökningar gett oförutsedda upptäckter som har haft störst inverkan på vår förståelse av galaxutvecklingen."
För ungefär ett århundrade sedan beskrev Edwin Hubble (för vilken HST heter) galaxer är "markören för rymden". Vid den tiden observerade han avlägsna galaxer och noterade hur ljus som kom från de flesta av dem flyttades mot spektrumets röda ände - aka. ”Redshifted”, vilket är en indikation på att astronomiska föremål rör sig bort från oss.
Dessa observationer bekräftade en förutsägelse gjord av Einsteins teori om allmän relativitet - att universum antingen var i ett tillstånd av expansion eller sammandragning. Efterföljande undersökningar har använt galaxer för att mäta hastigheten för kosmisk expansion (känd som Hubble Constant), som också har gett ledtrådar om den underliggande fysiken i kosmos, när kemiska element härstammade, och hur vårt solsystem och liv så småningom visade sig.
Denna bredare vy är särskilt användbar i det avseendet eftersom den innehåller ungefär 30 gånger så många galaxer som de tidigare djupa fälten. Legacy Field har också avslöjat flera ovanliga föremål, av vilka många är resterna av kollisioner och sammanslagningar som ägde rum under det tidiga universumet - det som kallas galaktiska "tågvrak".
Som du kan föreställa dig var montering av denna bild ingen enkel uppgift. Som Dan Magee, från University of California, Santa Cruz, förklarade teamets databehandlingsledning:
”Vårt mål var att samla alla 16 års exponeringar till en äldre bild. Tidigare hade de flesta av dessa exponeringar inte sammanställts på ett konsekvent sätt som kan användas av någon forskare. Astronomer kan välja data i det Legacy-fältet de vill och arbeta med det omedelbart, i motsats till att de måste utföra en enorm mängd datareduktion innan de utför vetenskaplig analys. ”
Trots att den är den mest detaljerade och expansiva bilden av galaxer som någonsin tagits, är denna nya bild bara den första i en serie Hubble Legacy Field-bilder. Teamet arbetar för närvarande med en annan uppsättning bilder, som totalt uppgår till mer än 5 200 Hubble-exponeringar, från ett annat himmelområde. Med tanke på framtiden hoppas astronomer att utvidga intervallet med flera våglängder i äldre bilder så att det inkluderar ännu mer information om
Detta kommer att inkludera IR-längre våglängd och röntgenobservationer med hög energi från två andra NASA Great Observatories - Spitzer rymdteleskop och röntgenobservatoriet Chandra. Som teammedlem Rychard Bouwens från Leiden University i Nederländerna sade i pressmeddelande från ESA:
”En spännande aspekt av dessa nya bilder är det stora antalet känsliga färgkanaler som nu är tillgängliga för att se avlägsna galaxer, särskilt i den ultravioletta delen av spektrumet. Med bilder på så många frekvenser kan vi dissekera ljuset från galaxer i bidrag från gamla och unga stjärnor, såväl som aktiva galaktiska kärnor. ”
Under tiden förväntas ingen bild av universum övergå Hubble Legacy Field-bilderna förrän nästa generations rymdteleskop lanseras. Dessa inkluderar James Webb rymdteleskop (JWST) och Infrarött rymdteleskop med bred fält (WFIRST), som båda har instrument kommer att erbjuda förbättrad upplösning och känslighet över Hubble och därmed möjliggöra mer djupgående undersökningar.
Det stora antalet galaxer i Legacy Field-bilden är också främsta mål för framtida teleskop. Som Illingworth sa i ett pressmeddelande från HubbleSite:
"Vi har satt samman den här mosaiken som ett verktyg som ska användas av oss och av andra astronomer. Förväntningen är att denna undersökning kommer att leda till en ännu mer sammanhängande, djupgående och större förståelse för universumets utveckling under de kommande åren ... Detta kommer verkligen att sätta scenen för NASA: s planerade infraröd undersökningsteleskop (WFIRST). Legacy-fältet är en sökväg för WFIRST, som tar en bild som är 100 gånger större än ett typiskt Hubble-foto. Om bara tre veckors observationer av WFIRST kommer astronomer att kunna sätta ihop ett fält som är mycket djupare och mer än dubbelt så stort som Hubble Legacy-fältet. ”
Dessutom har JWSTs avbildningsmöjligheter i IR-bandet (som ligger utanför gränserna för Hubble eller Spitzer) kommer att tillåta astronomer att undersöka mycket djupare i Legacy Field-bilden för att avslöja mer om hur spädbarnsgalaxer växte. Bilden (tillsammans med de individuella exponeringarna som gjordes för att göra den) är tillgänglig via Mikulski Archive for Space Telescopes (MAST).
