الفلك

كم عدد المستعرات الأعظمية التي تم تصويرها في مجال هابل شديد العمق؟

كم عدد المستعرات الأعظمية التي تم تصويرها في مجال هابل شديد العمق؟

حقل هابل فائق العمق عبارة عن صورة تظهر حوالي 10.000 مجرة:

2 حقوق الصورة: ناسا

فكر في اكتشاف فيكتور بوسو المذهل لمستعر أعظم مبكر في NGC 613 (يُسمى SN 2016gkg):

4 حقوق الصورة: مؤسسة كارنيجي للعلوم / مرصد لاس كامباناس / جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز

جعلني هذا أتساءل عن عدد المستعرات الأعظمية التي قد يحتويها حقل هابل شديد العمق دون علمنا لأننا سنحتاج إلى منحنى ضوئي أو صورة مرجعية لتحديد إحداها على وجه اليقين. قد تكون بعض المستعرات الأعظمية أيضًا مجرد بكسل أو أقل ويستحيل التعرف عليها.

هل من الممكن ان احسب حد أدنى ذو مغزى؟


صائدو المستعرات الأعظمية يبلغون عن العثور على حوالي 1 مستعر أعظم لكل 5000 صورة. سوف يركز الصيادون ، بطبيعة الحال ، على المجرات الأكبر ، حيث من المرجح أن تحتوي هذه المجرات على مستعر أعظم ، في حين أن مسح المجال العميق يحتوي على مجرات من جميع الأحجام ، لذلك ربما يكون حوالي مستعر أعظم واحد لكل 10000 مجرة ​​مصورة تقديرًا معقولاً. وبالتالي قد تتوقع أن يكون هناك ما يقرب من 1 مستعر أعظم مرئي في هذه الصورة ، ولكن كما لاحظت ، إذا كان هناك واحد ، فقد يكون باهتًا جدًا بحيث لا يمكن رؤيته.

المستعرات الأعظمية كلها بكسل واحد أو أقل (فهي صغيرة جدًا وبعيدة لدرجة أنها تظهر كمصادر ضوئية شبيهة بالنقاط) ، ويبدو أنها أكبر فقط بسبب ضبابية الغلاف الجوي أو عيوب في البصريات و / أو الإلكترونيات.


من المحتمل أن تحدث المستعرات الأعظمية مرة واحدة كل قرن في مجرتنا (الكبيرة جدًا).

إذا افترضنا معدلات تكوّن نجمية مماثلة وتوزيعًا مشابهًا لكتلة الولادة النجمية في مجرات أخرى وأن المجرات في HST-UDF كانت مماثلة لمجرتنا ، فيمكننا أيضًا افتراض أن معدل المستعر الأعظم كان مشابهًا.

تم الاستيلاء على UDF على مدى 4 أشهر ، أو 1/300 من القرن. لذلك قد يتوقع المرء حدوث مستعر أعظم في حوالي 1/300 مجرة ​​- لذا فإن حوالي 300 مجرة ​​من أصل 10000 مجرة ​​تمت ملاحظتها ستكون قد استضافت مستعرًا أعظم خلال الفترة التي تم فيها تكوين الصورة.

بالطبع ، حتى لو كان هذا الرقم صحيحًا (انظر أدناه) ، فقد يكون قد تم تفويت العديد من هذه المجرات لأن المجرات كانت بعيدة جدًا أو كانت المستعرات الأعظمية محجوبة بالغبار ، أو لأنها سطعت وتلاشت بين الملاحظات (كان هناك 6 أسابيع فجوة في الملاحظات). من ناحية أخرى ، تم تصوير UDF لاحقًا بواسطة HST مع أدوات أخرى ، مما أدى إلى مزيد من الفرص لتحديد المرشحين المستعرات الأعظمية.

يمكن أن يكون الرقم المحسوب منحرفًا بعدة طرق. معظم المجرات أصغر من مجرة ​​درب التبانة ، لذلك قد يتوقع المرء عددًا أقل من المستعرات الأعظمية. من ناحية أخرى ، فإن معظم هذه المجرات بعيدة ومن المحتمل أن يكون معدل تشكل النجوم أعلى في الماضي ، مما أدى إلى المزيد من المستعرات الأعظمية. من ناحية أخرى ، سيكون معدل المستعر الأعظم أعلى في بعض أنواع المجرات (انفجار النجوم) ، ولكنه سيكون أقل في أنواع أخرى (المجرات الإهليلجية). من الصعب الإجابة على سؤالك دون وجود معلومات ديموغرافية مفصلة للغاية عن أنواع المجرات ومعدنيتها وكتلها وأعمارها ، وفهم تفصيلي لكيفية اختلاف معدل المستعر الأعظم مع هذه المعلمات.


إلى أي مدى ستكون صورة الحقل الروماني العميق أفضل من هابل؟

مقياس مجال هابل شديد العمق (الصندوق الأزرق) مقابل مجال رؤية نانسي رومان. [+] تلسكوب (مربعات برتقالية). كل أداة من أدوات العرض المستقلة البالغ عددها 18 في رومان هي أكثر من 10 أضعاف مجال رؤية صورة هابل الأكثر شهرة.

وكالة ناسا ، ووكالة الفضاء الأوروبية ، و A. Koekemoer (STScI) شكر وتقدير: مسح السماء الرقمي

كشف تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا ، الذي أطلق في عام 1990 ، عن الكون غير المرئي من قبل.

أبعد مجرة ​​وجدت على الإطلاق: GN-z11 ، في مجال GOODS-N كما صورها تلسكوب هابل بعمق. ال . [+] نفس الملاحظات التي قام بها هابل للحصول على هذه الصورة ستعطي WFIRST / Nancy Roman أكثر من 100 ضعف عدد المجرات البعيدة جدًا مع نفس وقت التعرض`.

ناسا و ESA و P. Oesch (جامعة ييل)

بفضل فتحة العدسة الكبيرة ، والأدوات الممتازة ، والموقع في الفضاء ، تمكن من رؤية مناظر بعيدة جدًا.

حقل هابل العميق الأصلي ، الذي اكتشف الآلاف من المجرات الجديدة في هاوية العمق. [+] الفضاء. كان يُعتقد سابقًا أن هذه المنطقة خالية تمامًا من المجرات مع وجود عدد قليل من نجوم مجرة ​​درب التبانة الباهتة. وجد الحقل العميق الأصلي آلاف المجرات الكامنة في هذه المنطقة من السماء.

ويليامز (STScI) وفريق هابل ديب فيلد ووكالة ناسا

من الناحية الرمزية ، تُظهر صور المجال العميق لـ Hubble بشكل أفضل قدراته.

المركب الكامل للأشعة فوق البنفسجية المرئية بالأشعة تحت الحمراء لحقل هابل العميق العميق أعظم صورة تم إصدارها على الإطلاق. [+] من الكون البعيد. هناك 5500 مجرة ​​تم تحديدها في هذه المنطقة الصغيرة من السماء ، سيستغرق الأمر 32 مليونًا منها لتغطية

40.000 درجة مربعة مما هو موجود في السماء بأكملها.

ناسا ، ووكالة الفضاء الأوروبية ، و H. Teplitz و M. Rafelski (IPAC / Caltech) ، و A. Koekemoer (STScI) ، و R. Windhorst (جامعة ولاية أريزونا) ، و Z. Levay (STScI)

من خلال توجيه "عينه" مرارًا وتكرارًا إلى منطقة واحدة ، يقوم بتجميع الفوتونات واحدًا تلو الآخر من الكون البعيد.

ربما لاحظ حقل هابل العميق العميق (XDF) منطقة من السماء فقط 1/32.000.000 من. [+] المجموع ، لكنه كان قادرًا على اكتشاف 5500 مجرة ​​ضخمة بداخله: ما يقدر بـ 10٪ من إجمالي عدد المجرات الموجودة بالفعل في هذه الشريحة على شكل شعاع قلم رصاص. 90٪ المتبقية من المجرات إما باهتة جدًا أو حمراء جدًا أو مظلمة جدًا بحيث يتعذر على هابل الكشف عنها.

فرق HUDF09 و HXDF12 / E. SIEGEL (معالجة)

يقول العلماء إنه لا يوجد سوى كوكب آخر في مجرتنا يمكن أن يكون شبيهًا بالأرض

يقول العلماء إن 29 من الحضارات الغريبة الذكية ربما تكون قد رصدتنا بالفعل

Super Solstice Strawberry Moon: شاهد أكبر وألمع وأفضل طلوع قمر في الصيف هذا الأسبوع

من خلال الملاحظات متعددة الأطوال الموجية ، اكتشف هابل آلاف الأجسام البعيدة في الكون.

يمكن تقسيم المجرات التي تم تحديدها في صورة المجال العميق المتطرف إلى مجرات قريبة وبعيدة و. [+] مكونات بعيدة جدًا ، حيث يكشف هابل فقط عن المجرات التي يمكنه رؤيتها في نطاقات الطول الموجي وفي حدوده البصرية. قد يشير الانخفاض في عدد المجرات المرئية على مسافات كبيرة جدًا إلى قيود مراصدنا ، بدلاً من عدم وجود مجرات خافتة صغيرة منخفضة السطوع على مسافات بعيدة.

ناسا ، ووكالة الفضاء الأوروبية ، و Z. LEVAY ، F. SUMMERS (STSCI)

عند مشاهدة مناطق أكبر ، كانت حملة Hubble's Frontier Fields ثورية أيضًا.

الخطوط والأقواس الموجودة في Abell 370 ، وهو عنقود مجري بعيد حوالي 5-6 مليار سنة ضوئية. [+] بعيدًا ، هي بعض من أقوى الأدلة على عدسات الجاذبية والمادة المظلمة التي لدينا. المجرات العدسية هي أكثر بعدا ، حيث يشكل بعضها أبعد المجرات التي شوهدت على الإطلاق. كانت هذه الصور جزءًا من برنامج Hubble Frontier Fields.

ناسا ، وكالة الفضاء الأوروبية / هابل ، HST Frontier Fields

يؤدي الجاذبية من مجموعات المجرات البعيدة والهائلة إلى تضخيم الضوء من المجرات الخلفية وتشويهه.

العنقود المجري MACS 0416 من حقول هابل الحدودية ، مع كتلته تظهر باللون السماوي و. [+] التكبير من العدسة يظهر باللون الأرجواني. تلك المنطقة ذات اللون الأرجواني هي المكان الذي سيتم فيه تكبير تكبير العدسة. يسمح لنا تخطيط كتلة الكتلة بتحديد المواقع التي يجب فحصها للحصول على أكبر قدر من التكبيرات والمرشحات البعيدة جدًا على الإطلاق.

STSCI / NASA / CATS TEAM / R. ليفرمور (يوتا أوستن)

حتى اليوم ، يظل هابل أفضل مرصد ضوئي فضائي في علم الفلك.

HE0435-1223 ، الموجود في وسط هذه الصورة ذات المجال الواسع ، هو من بين أفضل خمسة كوازارات بعدسة. [+] اكتشف حتى الآن. تخلق المجرة الأمامية أربع صور موزعة بالتساوي تقريبًا للكوازار البعيد حولها. الكوازارات هي أبعد الأجسام الموجودة في الكون المرئي.

ESA / Hubble و NASA و Suyu et al.

كثيرًا ما يسأل الكثير ، "لماذا لا نبني مجرد هابل آخر؟"

تلسكوب هابل الفضائي ، كما تم تصويره خلال مهمته الخدمية الأخيرة والأخيرة. على الرغم من أنه . [+] لم يتم خدمته منذ أكثر من عقد من الزمان ، ولا يزال هابل هو التلسكوب الرائد للبشرية للأشعة فوق البنفسجية والبصرية والأشعة تحت الحمراء القريبة في الفضاء ، وقد أخذنا إلى ما وراء حدود أي مرصد فضائي أو أرضي آخر.

بنفس السعر ، تتيح التكنولوجيا الحالية خيارات فائقة.

هذا توضيح للعناصر المختلفة في برنامج ناسا للكواكب الخارجية ، بما في ذلك. [+] المراصد الأرضية ، مثل مرصد WM Keck ، والمراصد الفضائية ، مثل Hubble ، و Spitzer ، و Kepler ، و Transiting Exoplanet Survey Satellite ، و James Webb Space Telescope ، و Wide Field Infrared Survey Telescope (الآن تلسكوب نانسي الروماني) و البعثات المستقبلية. ستكشف قوة TESS و James Webb معًا عن معظم الأقمار الخارجية الشبيهة بالقمر حتى الآن ، وربما حتى في المنطقة الصالحة للسكن لنجمهم ، في حين أن التلسكوبات الأرضية التي يبلغ طولها 30 مترًا ، وتلسكوب نانسي الروماني (WFIRST سابقًا) ، وربما الجيل التالي مطلوب مرصد فضائي مثل LUVOIR أو HabEx للعثور حقًا على ما كانت البشرية تحلم به لفترة طويلة: عالم مأهول خارج نظامنا الشمسي.

سيكون تلسكوب نانسي جريس الروماني رائد ناسا بعد جيمس ويب.

عالمة الفلك الأمريكية الدكتورة نانسي جريس رومان ، والتي كانت من أوائل المديرات التنفيذيات في وكالة ناسا. [+] حضر مسيرة يوم الأرض لرالي العلوم في 22 أبريل 2017. كانت نانسي جريس رومان أول فلكية في ناسا ، والتي مهدت الطريق لتلسكوبات فضائية تركز على الكون الأوسع. (بول موريجي / جيتي إيماجيس)

كان يُعرف سابقًا باسم WFIRST ، وهو مماثل بحجم هابل ، ولكن مع مجالات رؤية أوسع بكثير.

تمت تسمية تلسكوب مسح الأشعة تحت الحمراء واسع المجال (WFIRST) التابع لناسا باسم نانسي جريس رومان سبيس. [+] تلسكوب ، بعد أول رئيس لعلم الفلك في ناسا. وهي مصممة لأداء التصوير واسع النطاق والتحليل الطيفي للسماء تحت الحمراء. سيكون أحد أهداف تلسكوب الفضاء الروماني البحث عن أدلة حول الطاقة المظلمة - القوة الغامضة التي تسرع توسع الكون. الهدف الآخر للمهمة هو العثور على الكواكب الخارجية ودراستها.

يمكن أن ينشئ رومان صورًا بعمق يشبه هابل ، ولكن يمتد أكثر من 100 مرة من مساحة عرض هابل.

يعد حقل هابل فائق العمق ، الموضح باللون الأزرق ، أكبر وأعمق حملة تعرض طويل المدى. [+] تقوم بها البشرية. لنفس القدر من وقت المراقبة ، سيكون تلسكوب نانسي جريس الروماني قادرًا على تصوير المنطقة البرتقالية بنفس العمق بالضبط ، وكشف أكثر من 100 مرة من الكائنات الموجودة في صورة هابل المماثلة.

وكالة ناسا ، ووكالة الفضاء الأوروبية ، و A. Koekemoer (STScI) شكر وتقدير: مسح السماء الرقمي

بدلاً من آلاف المجرات البعيدة للغاية ، ستكشف حملة ميدانية واحدة عن الملايين.

قسم صغير من حقل هابل العميق الأصلي ، يضم مئات من الأشياء التي يمكن تمييزها بسهولة. [+] المجرات. قد يكون حقل هابل العميق الأصلي قد غطى مساحة صغيرة فقط من السماء ، لكنه علمنا أن هناك على الأقل مئات المليارات من المجرات الموجودة داخل الكون المرئي. اليوم ، جعلت البيانات والتحليلات المتفوقة هذا الرقم أقرب إلى

2 تريليون. سيكون مجال رؤية تلسكوب نانسي الروماني تقريبًا

1000 ضعف مساحة هذا الجزء من صورة هابل العميقة.

ويليامز (STScI) وفريق هابل ديب فيلد ووكالة ناسا

وستشمل المجرات الأكثر خفوتًا ، والأبعد ، والأكثر نشاطًا التي تم اكتشافها على الإطلاق.

قد تصبح أداة المجال الواسع ، عند إطلاقها ، أعظم مصور علم الفلك في التاريخ.

قد تكون كاميرا التصوير الرئيسية لتلسكوب نانسي الروماني ، أداة المجال الواسع (WFI). [+] تصبح على الفور أداة التصوير الأكثر تقدمًا في التاريخ عندما تم إطلاق ونشر Roman. ستصور كاميرتها التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء التي تبلغ دقتها 300 ميجابكسل ، خلال مهمتها الأساسية التي تبلغ مدتها 5 سنوات ، 50 ضعف كمية السماء التي صورها هابل خلال عمره 31 عامًا.

مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا

يروي فيلم Mostly Mute Monday قصة فلكية بالصور والمرئيات وما لا يزيد عن 200 كلمة. تحدث ابتسامة أقل أكثر.


صورة واحدة ، مليون مجرة

أحد أكثر الصور شهرة لتلسكوب هابل الفضائي ورسكووس هو حقل هابل العميق للغاية ، الذي كشف النقاب عن عدد لا يحصى من المجرات في جميع أنحاء الكون ، والتي تمتد إلى بضع مئات الملايين من السنين من الانفجار العظيم. حدق هابل في بقعة واحدة من السماء تبدو فارغة لمئات الساعات ابتداءً من سبتمبر 2003 ، وكشف علماء الفلك لأول مرة عن هذا النسيج المجري في عام 2004 ، مع المزيد من الملاحظات في السنوات اللاحقة.

سيكون تلسكوب نانسي جريس الروماني الفضائي القادم من ناسا ورسكووس قادرًا على تصوير منطقة من السماء أكبر 100 مرة على الأقل من هابل بنفس الحدة الواضحة. من بين العديد من الملاحظات التي سيتم تمكينها من خلال هذه النظرة الواسعة للكون ، يدرس علماء الفلك الإمكانية والإمكانات العلمية لتلسكوب الفضاء الروماني والحقل العميق ldquoultra. يمكن أن تكشف هذه الملاحظة رؤى جديدة في موضوعات تتراوح من تشكل النجوم أثناء الكون و rsquos من الشباب إلى الطريقة التي تتجمع بها المجرات معًا في الفضاء.

سيمكن الرومان العلم الجديد في جميع مجالات الفيزياء الفلكية ، من النظام الشمسي إلى حافة الكون المرئي. سيتم تخصيص الكثير من وقت مراقبة Roman & rsquos للمسوحات على مساحات واسعة من السماء. ومع ذلك ، سيكون بعض وقت المراقبة متاحًا أيضًا للمجتمع الفلكي العام لطلب مشاريع أخرى. يقول علماء الفلك إن الحقل الروماني شديد العمق يمكن أن يفيد المجتمع العلمي بشكل كبير.

على سبيل المثال ، يمكن أن يكون الحقل الروماني شديد العمق مشابهًا لمجال هابل شديد العمق & ndash يبحث في اتجاه واحد لبضع مئات من الساعات لبناء صورة مفصلة للغاية لأجسام بعيدة وخافتة للغاية. ومع ذلك ، في حين أن هابل اصطدم بآلاف المجرات بهذه الطريقة ، كان رومان يجمع الملايين. نتيجة لذلك ، ستمكّن علمًا جديدًا وتحسن فهمنا للكون إلى حد كبير.

سيكون أحد أكبر تحديات البعثة الرومانية هو تعلم كيفية تحليل وفرة المعلومات العلمية في مجموعات البيانات العامة التي ستنتجها. بمعنى ما ، ستخلق Roman فرصًا جديدة ليس فقط من حيث تغطية السماء ولكن أيضًا في استخراج البيانات.

قد يحتوي الحقل الروماني العميق للغاية على معلومات عن ملايين المجرات & ndash كثيرة جدًا بحيث لا يمكن دراستها من قبل الباحثين واحدًا تلو الآخر. ستكون هناك حاجة إلى التعلم الآلي و [مدش] شكلاً من أشكال الذكاء الاصطناعي و [مدش] لمعالجة قاعدة البيانات الضخمة. في حين أن هذا يمثل تحديًا ، فإنه يوفر أيضًا فرصة.


مجال هابل شديد العمق 2014

قام علماء الفلك باستخدام تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا بتجميع صورة شاملة للكون المتطور - من بين أكثر صور الفضاء السحيق الملونة التي تم التقاطها بواسطة التلسكوب البالغ من العمر 24 عامًا.

يقول الباحثون إن الصورة ، المأخوذة من دراسة جديدة تسمى التغطية فوق البنفسجية لحقل هابل العميق للغاية ، توفر الحلقة المفقودة في تكوين النجوم. إن صورة Hubble Ultra Deep Field 2014 عبارة عن مجموعة من التعريضات المنفصلة التي تم التقاطها في الفترة من 2002 إلى 2012 باستخدام كاميرا هابل المتقدمة للاستطلاعات وكاميرا المجال الواسع 3.

درس علماء الفلك سابقًا مجال هابل العميق جدًا (HUDF) في ضوء مرئي وقريب من الأشعة تحت الحمراء في سلسلة من الصور الملتقطة من 2003 إلى 2009. يُظهر HUDF جزءًا صغيرًا من الفضاء في كوكبة نصف الكرة الجنوبي Fornax. الآن ، باستخدام الضوء فوق البنفسجي ، جمع علماء الفلك مجموعة كاملة من الألوان المتاحة لتلسكوب هابل ، وتمتد على طول الطريق من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة. تحتوي الصورة الناتجة - المكونة من 841 مدارًا من وقت عرض التلسكوب - على ما يقرب من 10000 مجرة ​​، تمتد في الزمن إلى بضع مئات الملايين من السنين من الانفجار العظيم.

قبل التغطية بالأشعة فوق البنفسجية لدراسة Hubble Ultra Deep Field للكون ، كان علماء الفلك في وضع غريب. قدمت البعثات مثل مرصد Galaxy Evolution Explorer (GALEX) التابع لناسا ، والذي عمل من عام 2003 إلى عام 2013 ، معرفة كبيرة بتكوين النجوم في المجرات القريبة. باستخدام قدرة الأشعة تحت الحمراء القريبة من هابل ، درس الباحثون أيضًا ولادة النجوم في المجرات الأبعد ، والتي تظهر لنا في أكثر مراحلها بدائية بسبب القدر الكبير من الوقت اللازم لانتقال ضوء النجوم البعيدة إلى نطاق مرئي. ولكن في الفترة الواقعة بينهما ، عندما ولدت معظم النجوم في الكون - وهي مسافة تمتد من حوالي 5 مليارات إلى 10 مليارات سنة ضوئية - لم يكن لديهم بيانات كافية.

قال الباحث الرئيسي هاري تبليتز من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا بكاليفورنيا: "نقص المعلومات من الأشعة فوق البنفسجية جعل دراسة المجرات في HUDF مثل محاولة فهم تاريخ العائلات دون معرفة أطفال المدارس الابتدائية". "إضافة الأشعة فوق البنفسجية يملأ هذا النطاق المفقود."

يأتي الضوء فوق البنفسجي من أكثر النجوم سخونة وأكبرها وأصغرها شبابًا. من خلال مراقبة هذه الأطوال الموجية ، يحصل الباحثون على نظرة مباشرة على المجرات التي تشكل النجوم وأين تتشكل النجوم داخل تلك المجرات.

إن دراسة الصور فوق البنفسجية للمجرات في هذه الفترة الزمنية المتوسطة تمكن علماء الفلك من فهم كيفية نمو المجرات في الحجم من خلال تكوين مجموعات صغيرة من النجوم شديدة الحرارة. نظرًا لأن الغلاف الجوي للأرض يقوم بتصفية معظم الضوء فوق البنفسجي ، فلا يمكن إنجاز هذا العمل إلا باستخدام تلسكوب فضائي.

قال عضو الفريق روجير ويندهورست من جامعة ولاية أريزونا في تيمبي: "إن المسوحات فوق البنفسجية مثل تلك التي تستخدم القدرة الفريدة لتلسكوب هابل مهمة للغاية في التخطيط لتلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا". "يوفر هابل مجموعة بيانات لا تقدر بثمن للأشعة فوق البنفسجية والتي سيحتاج الباحثون إلى دمجها مع بيانات الأشعة تحت الحمراء من ويب. هذه هي أول صورة فوق بنفسجية عميقة جدًا لإظهار قوة هذا المزيج."

الاعتمادات:ناسا ، ووكالة الفضاء الأوروبية ، و H. Teplitz و M. Rafelski (IPAC / Caltech) ، و A. Koekemoer (STScI) ، و R. Windhorst (جامعة ولاية أريزونا) ، و Z. Levay (STScI)


وجد هابل أبعد المجرات البدائية

كسر تلسكوب هابل الفضائي التابع لوكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية حدود المسافة للمجرات وكشف عن مجموعة بدائية من المجرات المدمجة والأزرق الفائق التي لم يسبق رؤيتها من قبل. تم تحليل البيانات المأخوذة من كاميرا الأشعة تحت الحمراء الجديدة الخاصة بـ Hubble ، الكاميرا واسعة المجال 3 (WFC3) ، في الحقل شديد العمق (تم التقاطها في أغسطس 2009) من قبل خمسة فرق دولية من علماء الفلك. يتم تقديم بعض هذه النتائج المبكرة من قبل أعضاء الفريق المختلفين في 6 يناير 2010 ، في الاجتماع 215 للجمعية الفلكية الأمريكية في واشنطن العاصمة ، الولايات المتحدة الأمريكية.

كلما نظر تلسكوب هابل إلى الفضاء بشكل أعمق ، كلما نظرنا إلى الوراء في الزمن ، لأن الضوء يستغرق مليارات السنين لعبور الكون المرئي. هذا يجعل هابل "آلة زمنية" قوية تسمح لعلماء الفلك برؤية المجرات كما كانت قبل 13 مليار سنة ، بعد 600 مليون إلى 800 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم.

"مع هابل المتجدد وأجهزته الجديدة ، ندخل الآن منطقة مجهولة ومهيأة لاكتشافات جديدة ،يقول غارث إلينجورث من جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ، قائد فريق الاستطلاع الذي مُنح الوقت لأخذ بيانات الأشعة تحت الحمراء WFC3 الجديدة على حقل هابل فائق العمق (تم تصويره في الضوء المرئي بواسطة الكاميرا المتقدمة للاستطلاعات في عام 2004) . "تم الآن دمج أعمق عرض للأشعة تحت الحمراء القريبة للكون - صورة HUDF09 - مع أعمق صورة بصرية على الإطلاق - HUDF الأصلي (تم التقاطه في عام 2004) - لدفع حدود عمليات البحث عن المجرات الأولى و لاستكشاف طبيعتهم ،"يقول Illingworth.

اكتشف روس ماكلور من معهد علم الفلك في جامعة إدنبرة وفريقه 29 مجرة ​​مرشحة ، اثنا عشر منها تقع وراء الانزياح الأحمر 6.3 وأربعة وراء الانزياح الأحمر 7 (حيث تتوافق الانزياحات الحمراء مع 890 مليون سنة و 780 مليون سنة بعد الانفجار العظيم على التوالي) . ويلاحظ أن "تعني حساسية الأشعة تحت الحمراء الفريدة للكاميرا ذات المجال الواسع 3 أن هذه هي أفضل الصور حتى الآن لتوفير معلومات مفصلة عن المجرات الأولى كما تشكلت في بدايات الكون".

يوافقه الرأي جيمس دنلوب من جامعة إدنبرة. "يمكن أن يكون لهذه المجرات جذور تمتد إلى مجموعة سابقة من النجوم. يجب أن يكون هناك مكون جوهري من المجرات يتجاوز حد اكتشاف هابل."

عملت ثلاثة فرق بجد للعثور على هذه المجرات الجديدة ، والتي تم الإعلان عنها في سلسلة من الأوراق فور صدور البيانات في سبتمبر ، وسرعان ما انضم إليها فريق رابع ، ثم فريق خامس لاحقًا. تم تقديم ما مجموعه 15 ورقة بحثية حتى الآن من قبل علماء الفلك في جميع أنحاء العالم. إن وجود هذه المجرات المكتشفة حديثًا يعيد الزمن الذي بدأت فيه المجرات في التكون إلى ما قبل 500-600 مليون سنة بعد الانفجار العظيم. هذه أخبار جيدة لعلماء الفلك الذين قاموا ببناء تلسكوب جيمس ويب الفضائي الأكثر قوة (JWST المخطط إطلاقه في عام 2014) ، والذي سيسمح لعلماء الفلك بدراسة الطبيعة التفصيلية للمجرات البدائية واكتشاف المزيد منها على مسافة أبعد. يجب أن يكون هناك الكثير للبحث عنه في JWST.

تظهر الملاحظات العميقة أيضًا التراكم التدريجي للمجرات وتوفر مزيدًا من الدعم للنموذج الهرمي لتجميع المجرات حيث تتجمع الأجسام الصغيرة الكتلة ، أو تندمج ، لتكوين أجسام أكبر عبر عملية تصادم وتكتل سلسة وثابتة ، ولكنها لا تزال مثيرة ، حيث تندمج وحدات البناء الصغيرة هذه في المجرات الأكبر المعروفة اليوم.

"هذه المجرات القديمة ليست سوى واحد من عشرين قطر درب التبانة ،"تقارير عن عضو فريق HUDF09 باسكال أوش من المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ."ومع ذلك ، يجب أن يكونوا البذور التي تشكلت منها المجرات العظيمة اليوم ،"يضيف عضو فريق HUDF09 مارسيلا كارولو من المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا.

هذه الأشياء المكتشفة حديثًا ضرورية لفهم الارتباط التطوري بين ولادة النجوم الأولى ، وتشكيل المجرات الأولى وتسلسل الأحداث التطورية التي أدت إلى تجميع مجرتنا درب التبانة والدوامة الأخرى "الناضجة" البيضاوية المهيبة. المجرات في عالم اليوم.

قام فريق HUDF09 أيضًا بدمج بيانات هابل الجديدة مع الملاحظات من تلسكوب سبيتزر الفضائي التابع لناسا لتقدير أعمار وكتل هذه المجرات البدائية. "الجماهير هي 1٪ فقط من تلك الموجودة في مجرة ​​درب التبانة ،"يوضح عضو الفريق إيفو لابي من معهد كارنيجي بواشنطن ، والمؤلف الرئيسي لورقتين بحثيتين حول البيانات من مراصد ناسا الكبرى المشتركة. وأشار أيضًا إلى أن"لدهشتنا ، أظهرت النتائج أن هذه المجرات بعد 700 مليون سنة من الانفجار العظيم يجب أن تكون قد بدأت في تكوين النجوم قبل مئات الملايين من السنين ، مما أدى إلى تراجع زمن تشكل النجوم الأولى في الكون."

تم الحصول على النتائج من ملاحظات HUDF09 ، وهي عميقة بدرجة كافية عند الأطوال الموجية القريبة من الأشعة تحت الحمراء لتكشف عن المجرات عند الانزياح الأحمر من 7 إلى ما بعد الانزياح الأحمر 8. [1] الكشف الواضح للمجرات بين الانزياح الأحمر 7 و 8.5 يتوافق مع أوقات مراجعة تقارب 12.9 مليار سنة إلى 13.1 مليار سنة.

"هذا هو بقدر ما يمكننا الذهاب للقيام بعلم مفصل باستخدام صورة HUDF09 الجديدة. إنه يوضح مقدار الحاجة إلى تلسكوب جيمس ويب الفضائي لكشف أسرار المجرات الأولى ،"يقول Illingworth. التحدي هو أن التحليل الطيفي ضروري لتوفير قيم انزياح حمراء محددة ، لكن الأجسام باهتة جدًا بالنسبة للرصد الطيفي (حتى يتم إطلاق JWST) ، ويجب استنتاج الانزياحات الحمراء من الألوان الظاهرة للمجرات.

اكتشف الفريق أن عدد المجرات لكل وحدة حجم من الفضاء ينخفض ​​بسلاسة مع زيادة المسافة ، ووجد فريق HUDF09 أيضًا أن المجرات تصبح زرقاء بشكل مدهش في جوهرها. تعتبر المجرات الزرقاء الفائقة أمثلة متطرفة للأجسام التي تظهر زرقاء جدًا لأنها قد تكون ناقصة في العناصر الثقيلة ، ونتيجة لذلك ، فهي خالية تمامًا من الغبار الذي يحمر الضوء من خلال التشتت.

هناك مشكلة طويلة الأمد مع هذه النتائج وهي أنه لا يزال يبدو أن هذه المجرات المبكرة لم تصدر إشعاعات كافية "لإعادة تأين" الكون المبكر عن طريق تجريد الإلكترونات من الهيدروجين المحايد الذي برد بعد الانفجار العظيم. حدث "إعادة التأين" هذا ما بين 400 مليون و 900 مليون سنة بعد الانفجار العظيم ، لكن علماء الفلك ما زالوا لا يعرفون مصادر الضوء التي تسببت في حدوثه. تعود هذه المجرات المكتشفة حديثًا إلى هذه الحقبة المهمة في تطور الكون.

ربما تكون كثافة المجرات الخافتة جدًا التي تقل عن حد الكشف الحالي عالية جدًا لدرجة أنه قد يكون هناك ما يكفي منها لدعم إعادة التأين. أو كانت هناك موجة سابقة من تكوين المجرات التي تلاشت ثم "أعيد تشغيلها" بموجة ثانية من تكوين المجرات. أو ربما كانت المجرات المبكرة فعالة بشكل غير عادي في إعادة تأين الكون.

بسبب هذه الشكوك ، ليس من الواضح أي نوع من الأشياء أو العملية التطورية قامت بـ "الرفع الثقيل" عن طريق تأيين الكون اليافع. الحسابات غير حاسمة ، وبالتالي قد تفعل المجرات أكثر مما هو متوقع حاليًا ، أو قد يحتاج علماء الفلك إلى استدعاء ظواهر أخرى مثل الكوازارات الصغيرة (الثقوب السوداء النشطة فائقة الكتلة في قلب المجرات) - تشير التقديرات الحالية إلى أن الكوازارات أقل احتمالية من المجرات هي سبب إعادة التأين. هذا لغز لا يزال يتحدى علماء الفلك وأفضل التلسكوبات.

"نعلم أن الغاز بين المجرات في الكون تأين في وقت مبكر من التاريخ ، لكن الضوء الكلي من هذه المجرات الجديدة قد لا يكون كافياً لتحقيق ذلك.قال أندرو بانكر من جامعة أكسفورد ، وهو باحث في إحدى الفرق الأوروبية.

تمكنت كاميرا WFC3 التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء من هابل من إجراء تعريضات عميقة للكشف عن مجرات جديدة بكفاءة أكبر بنحو 40 مرة من كاميرا الأشعة تحت الحمراء السابقة التي تم تركيبها في عام 1997. وقد جلبت كاميرا WFC3 تقنية الأشعة تحت الحمراء الجديدة إلى هابل وتم إنجازها في غضون أربعة أيام من مراقبة ما كان سيحدث سابقًا استغرق هابل ما يقرب من نصف عام حتى يكتمل.

ملاحظات

تلسكوب هابل الفضائي هو مشروع تعاون دولي بين وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة ناسا.

[1] قيمة الانزياح الأحمر هي مقياس لتمدد الطول الموجي أو "احمرار" ضوء النجوم بسبب تمدد الفضاء.

حقوق الصورة: NASA و ESA و G. Illingworth (UCO / Lick Observatory وجامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز) وفريق HUDF09


معالجة البيانات [تحرير | تحرير المصدر]

قسم من HDF حوالي 14 ثانية قوسية في كل من الأطوال الموجية الأربعة المستخدمة لبناء النسخة النهائية: 300 نانومتر (أعلى اليسار) ، 450 نانومتر (أعلى اليمين) ، 606 نانومتر (أسفل اليسار) و 814 نانومتر (أسفل اليمين)

كان إنتاج صورة مجمعة نهائية عند كل طول موجي عملية معقدة. تمت إزالة وحدات البكسل الساطعة الناتجة عن تأثيرات الأشعة الكونية أثناء التعرض من خلال مقارنة التعريضات ذات الطول المتساوي التي تم التقاطها واحدة تلو الأخرى ، وتحديد وحدات البكسل التي تأثرت بالأشعة الكونية في أحد التعريضات دون الأخرى. كانت آثار الحطام الفضائي والأقمار الصناعية موجودة في الصور الأصلية ، وتمت إزالتها بعناية. & # 916 & # 93

كان الضوء المنتشر من الأرض واضحًا في حوالي ربع إطارات البيانات ، مما أدى إلى إنشاء نمط "X" مرئي على الصور. تمت إزالة هذا عن طريق التقاط صورة متأثرة بالضوء المنتشر ، ومواءمتها مع صورة غير متأثرة ، وطرح الصورة غير المتأثرة من الصورة المتأثرة. تم تنعيم الصورة الناتجة ، ويمكن بعد ذلك طرحها من الإطار الساطع. أدى هذا الإجراء إلى إزالة كل الضوء المتناثر تقريبًا من الصور المصابة. & # 916 & # 93

بمجرد تنظيف الصور الفردية البالغ عددها 342 من ضربات الأشعة الكونية وتصحيحها للضوء المتناثر ، كان لا بد من دمجها. ابتكر العلماء المشاركون في ملاحظات HDF تقنية تسمى `` رذاذ المطر '' ، حيث كان توجيه التلسكوب متنوعًا بشكل دقيق بين مجموعات التعريضات. سجلت كل بكسل على رقائق WFPC2 CCD مساحة من السماء بعرض 0.09 ثانية قوسية ، ولكن عن طريق تغيير الاتجاه الذي يشير إليه التلسكوب بأقل من ذلك بين التعريضات ، تم دمج الصور الناتجة باستخدام تقنيات معالجة الصور المتطورة للحصول على زاوية نهائية دقة أفضل من هذه القيمة. صور HDF التي تم إنتاجها عند كل طول موجي لها أحجام بكسل نهائية تبلغ 0.03985 ثانية قوسية. & # 916 & # 93

أسفرت معالجة البيانات عن أربع صور أحادية اللون (عند 300 & # 160 نانومتر ، 450 & # 160 نانومتر ، 606 & # 160 نانومتر و 814 & # 160 نانومتر) ، واحدة عند كل طول موجي. & # 9110 & # 93 تم تحديد صورة واحدة باللون الأحمر (814 & # 160 نانومتر) ، والثانية باللون الأخضر (606 & # 160 نانومتر) والثالثة باللون الأزرق (450 & # 160 نانومتر) ، وتم دمج الصور الثلاث لإعطاء صورة ملونة. & # 913 & # 93 لأن الأطوال الموجية التي تم التقاط الصور بها لا تتوافق مع الأطوال الموجية للضوء الأحمر والأخضر والأزرق ، فإن الألوان في الصورة النهائية تعطي فقط تمثيلًا تقريبيًا للألوان الفعلية للمجرات في الصورة تم تصميم اختيار المرشحات لـ HDF (ومعظم صور هابل) بشكل أساسي لزيادة المنفعة العلمية للمشاهدات بدلاً من إنشاء ألوان تتوافق مع ما ستدركه العين البشرية بالفعل. & # 9110 & # 93


مشروع XDF

نشر فريق XDF ورقة بعنوان "HST eXtreme Deep Field XDF: دمج جميع ACS و WFC3 / IR البيانات في منطقة HUDF في أعمق حقل على الإطلاق" يناقش الطرق المستخدمة لإنتاج مجموعة بيانات XDF.

يمكن تنزيل الورقة من ADS أو arXiv.org

إصدار بيانات XDF v1.0

أصدر فريق XDF منتجات بيانات XDF v1.0 في أرشيف بيانات MAST HST. تتضمن هذه البيانات جميع البيانات الضوئية والأشعة تحت الحمراء التي أخذها هابل والتي تغطي برنامج Hubble Ultra-Deep Field الأصلي (HUDF).

يمكن تنزيل البيانات من صفحة MAST High Level Science Products XDF Data Release 1.0

XDF بيان صحفي

يذهب هابل إلى أقصى الحدود لتجميع أبعد منظر للكون على الإطلاق

مثل المصورين الذين قاموا بتجميع مجموعة من أفضل اللقطات ، قام علماء الفلك بتجميع صورة جديدة ومحسنة لأعمق رؤية للكون على الإطلاق. اقرأ أكثر.

ما هو المجال العميق الأقصى (XDF)

XDF هي أعمق صورة للسماء تم التقاطها بواسطة هابل للبحث عن المجرات الأقدم. وهي تتضمن جميع الصور التي التقطها هابل على رقعة صغيرة من السماء تم تصويرها لأول مرة على أنها حقل هابل شديد العمق (HUDF) وبعد ذلك كـ HUDF09 و HUDF12. يضيف XDF أيضًا صورًا تتداخل مع HUDF من العديد من البرامج الأخرى بما في ذلك CANDELS وعمليات البحث عن المستعر الأعظم والعديد من البرامج الأخرى (19 في المجموع). تم التقاط هذه الصور على مدى عقد من منتصف عام 2002 حتى أوائل عام 2013. XDF هو تعرض إجمالي 2 مليون ثانية من كاميرتي هابل الرئيسيتين ، الكاميرا المتقدمة (ACS) وكاميرا المجال الواسع 3 (WFC3). يتكون من 2963 صورة منفصلة من ACS و WFC3 / IR. حلقت المدافع ذاتية الدفع على متن المكوك إلى هابل في عام 2002 في مهمة خدمة SM3B ، بينما طارت الكاميرا ذات المجال الواسع 3 (WFC3) إلى هابل في عام 2009 في مهمة هابل المكوك الأخيرة (SM4).

جارث إلينجورث ودان ماجي وباسكال أوش وريتشارد بووينز وفريق XDF

صنع XDF

يتضمن XDF جميع البيانات التي التقطها هابل على رقعة صغيرة من السماء تم تصويرها لأول مرة على أنها حقل هابل شديد العمق (HUDF). تم التقاط هذه الصور على مدى عقد من منتصف عام 2002 حتى أوائل عام 2013. XDF هو تعرض إجمالي 2 مليون ثانية من كاميرتي هابل الرئيسيتين ، الكاميرا المتقدمة (ACS) وكاميرا المجال الواسع 3 (WFC3). يتكون من 2963 تعرضًا منفصلاً من ACS و WFC3 / IR. ACS flew on the Shuttle to Hubble in 2002 on servicing mission SM3B, while the Wide Field Camera 3 (WFC3) flew to Hubble in 2009 on the final Hubble Shuttle mission (SM4).

The original HUDF data demonstrated the power of Hubble’s new ACS camera in 2004. The original HUDF contributes, by time, a little more that half to the XDF, but only contains data in the optical ("visible") region of the spectrum. In 2009 and 2010, the HUDF09 project took images towards the red end of the spectrum in the near-infrared with the new WFC3/ IR camera. These new data doubled the waveband coverage and enabled exploration of a new realm of the most distant galaxies for the first time. The HUDF09 field with WFC3/IR and ACS contributed around 20% of the data by time to XDF. A subsequent study HUDF12 added more WFC3/IR data that enhanced the overall dataset by about another 10% by time, though both the HUDF09 and HUDF12 images contributed unique IR data that is essential for finding the earliest galaxies. The HUDF and HUDF09/12 fields are shown in the first and second panels of the “Hubble Dataset Used to Build Up the XDF” slide shown below.

The XDF/HUDF09 team then took ALL the other data on this region taken by numerous programs (see "Programs Used to Make the XDF" below) and combined it through a very laborious and careful series of steps into one incredibly deep image, the eXtreme Deep Field (XDF). These data fall at many locations and orientations and much careful checking was needed to make sure all the Hubble ACS and WFC3 images could be properly aligned and added together. The contributions from these other programs comprised nearly a quarter of the time, of which the largest was the CANDELS images from ACS and WFC3. The numerous images are shown in third panel of the “Hubble Dataset Used to Build Up the XDF” slide shown below.

The XDF was then assembled using data from every image over the last decade from ACS and the WFC3 (the orange region in the fourth panel of the “Hubble Dataset Used to Build Up the XDF” slide shown below). XDF reaches back around 13.2 billion years, to just 450 million years after the Big Bang. The history of galaxies — from soon after the first galaxies were born to the appearance of the great galaxies of today, like our Milky Way — is laid out in this one remarkable image.

The XDF combined image goes incredibly faint. The combined image XDF reaches to approximately one ten-billionth of what the eye can see. In astronomer-speak, XDF reaches to a 5 sigma limit is 31.2 AB mag (the limit for a 5 sigma detection of a point source, like a star, corrected to total magnitude, is ∼30.7 AB magnitude). This is equivalent to a 1 sigma noise fluctuation of 32.9 AB mag, as measured directly in a 0.33" aperture.

The XDF is such an important field that it will be imaged in the future and more data will be added, but future gains will be slow until JWST is launched.. The first deep data in the ultra-violet from WFC3/UVIS has already been obtained. The ultra-violet imaging complements the redder optical/IR XDF and is being used by astronomers to study galaxies at later times when they are in transition to galaxies like today’s galaxies (including our Milky Way and Andromeda). The ultraviolet data has not been included since the UV data is relatively noisy and also cannot reveal galaxies in the first 2 billion years due to the absorbing effects of hydrogen in the universe.

The details of how the XDF was generated from the decade-long source data from the HUDF region can be found in the paper that was written about the XDF ("The HST eXtreme Deep Field (XDF): Combining All ACS and WFC3/IR Data on the HUDF Region into the Deepest Field Ever", Illingworth, G. D. Magee, D. Oesch, P. A. Bouwens, R. J. Labbé, I. Stiavelli, M. van Dokkum, P. G. Franx, M. Trenti, M. Carollo, C. M. Gonzalez, V., 2013, ApJS, 209, 6). The paper was published in ApJS in 2013 and can be found at: http://adsabs.harvard.edu/abs/2013ApJS..209. 6I.

XDF Facts

2 million seconds taken over

Hubble Datasets Used to Build-up the XDF

This sequence shows how the XDF was built up from the numerous exposures that have been made over the HUDF field.


Hubble's deep field images of the early universe are postcards from billions of years ago

The Hubble Extreme Deep Field, looking back towards the birth of the universe. Credit: NASA/ESA

This insignificant patch of sky in the fairly obscure constellation of Fornax is the setting for one of the most remarkable images ever captured. Although only a fraction of the full moon in size, this image traces thousands of distant galaxies to the edge of the observable universe.

The Hubble Space Telescope began observing "deep fields" in 1995. The idea was not new – astronomers have always tried to take longer photographic captures that draw in more light to reveal ever more faint and distant objects. Observing more distant galaxies sheds light on how they form, and how their shapes and sizes change over time. Hubble's key advantage is that, floating in orbit, it's unaffected by the blurring effect of the atmosphere and so can provide images of far superior resolution than ground-based telescopes.

Careful planning was required for the deep field images. An "empty" piece of sky was needed that contained no bright sources of visible light that might drown out fainter objects. There could also be no bright sources at other wavelengths, such as X-ray or radio waves where complementary supporting observations might be made. The direction chosen was away from the millions of faint stars and dust of the plane of our own galaxy, the Milky Way.

This was not without risk, however. Hubble was, and still is, a hugely popular, world-class research facility. It is typical that demand for Hubble's instruments outstrips availability by six or seven times. There was always the possibility that the 10 days observation required might reveal the carefully-chosen blank part of the sky to be just that: blank.

Even dark skies are filled with stars

Instead the results of the first Hubble Deep Field image were breathtaking. After stitching together the composite images and careful processing, the final image revealed around 3,000 galaxies, most of which would otherwise have never been seen. This success triggered plans for further "deep field" images.

A southern-hemisphere counterpart followed in 1998, and after a powerful instrument upgrade in 2002, the Hubble Ultra Deep Field images were taken in 2004.

The Hubble Ultra Deep Field, as seen from the ground. Credit: Digitised Sky Survey (DSS), STScI/AURA, Palomar/Caltech, and UKSTU/AAO

Finally, advances in data processing techniques, some new infrared data and more images of Ultra Deep Field area were in 2012 combined to create the Hubble eXtreme Deep Field (HXDF), the main image above, and the same image with ultraviolet included, below – humanity's most sensitive images of the cosmos ever taken.

Looking out at the cosmos

The HXDF image is the result of 2m seconds (more than 23 days) of exposure time taken over the course of 2,963 images. The captures that make up the composite image are sensitive to light from the ultraviolet to the near-infrared spectrum, which are used in the processing to create the colours visible. The faintest objects in the HXDF, barely visible on screen, are a remarkable ten-billionth the brightness of the faintest star visible to the naked eye.

How Hubble’s astronomy looks back in time. Credit: NASA/ESA/Z. Levay/F. Summers

A handful of the objects in the image are comparatively "nearby" foreground stars in our own galaxy located perhaps a few tens or hundreds of light-years away. Although the field was chosen to have few of these, some faint stars are present. The stars are quite easy to identify due to the diffraction spikes caused by Hubble's optics – the tell-tale cross of light across their centre. All the other objects in the image are galaxies.

The image acts a little like a time machine. The further away a galaxy is, the longer it has taken light to reach us – and the earlier in the universe we are looking. Since that light was emitted the universe has continued to expand. Some galaxies in the picture lie close to the edge of the observable universe. This is the furthest point in space to which we could, in principle, see. This is about 45 billion light years from the Earth: light from more distant objects has not yet had time to reach us.

Far away and long, long ago

With the addition of IR and UV, this becomes the most colourful view of the universe. NASAESAIPACCaltechSTScIArizona State University

Some of these galaxies are comparatively near by, perhaps a few hundreds of millions of light years away. These are the bigger objects in the picture: blue or white galaxies with sharply-focused spiral arms, or large red and orange blurs. Galaxies like this are very similar to galaxies we see near the Milky Way.

The most distant objects look very different to galaxies nearer to us, tracing how rapidly galaxies change in the early universe. They shine brightly with the light of young stars, revealing that more stars are formed in the early universe than previously thought.

One of these objects, dubbed 39546284 in the zoomed picture above, is thought to be the most distant: it has taken light about 13.3 billion years to reach us (the universe itself is thought to be about 13.7 billion years old). Many of these very young galaxies will eventually evolve into galaxies that look more like the Milky Way.

Twinkle, twinkle, lots of stars (and their diffraction spikes). Credit: NASA/ESA/H. Richer

The image also contains a few supernovae, exploding stars detected more than halfway across the universe. SN Primo is one of these, nearly ten billion light years away. Supernovae like these are being used to map out the expansion history of the universe.

Perhaps the most remarkable fact is that this image represents just a tiny fraction of our universe. All told, there are estimated to be some 100 to 200 billion galaxies in the universe, of which only just over 5,000 appear in the HXDF. Put another way, you'd need about 30m images like the HXDF to map the entire sky.

This remarkable image will be one of Hubble's lasting legacies. With the Space Shuttle now retired from service, there are no future servicing missions planned. This means no future instrument upgrades, so it's unlikely that Hubble will ever be able to improve significantly on the depth of this image. That honour may await the James Webb Space Telescope, scheduled for launch in 2018, and the beginning of another astronomical legacy.

A zoom on the HXDF. Credit: NASA, ESA, and Z. Levay (STScI)

This story is published courtesy of The Conversation (under Creative Commons-Attribution/No derivatives).


Looking out at the cosmos

The HXDF image is the result of 2m seconds (more than 23 days) of exposure time taken over the course of 2,963 images. The captures that make up the composite image are sensitive to light from the ultraviolet to the near-infrared spectrum, which are used in the processing to create the colours visible. The faintest objects in the HXDF, barely visible on screen, are a remarkable ten-billionth the brightness of the faintest star visible to the naked eye.

Twinkle, twinkle, lots of stars (and their diffraction spikes). NASA/ESA/H. Richer

A handful of the objects in the image are comparatively “nearby” foreground stars in our own galaxy located perhaps a few tens or hundreds of light-years away. Although the field was chosen to have few of these, some faint stars are present. The stars are quite easy to identify due to the diffraction spikes caused by Hubble’s optics – the tell-tale cross of light across their centre. All the other objects in the image are galaxies.

How Hubble’s astronomy looks back in time. NASA/ESA/Z. Levay/F. Summers

The image acts a little like a time machine. The further away a galaxy is, the longer it has taken light to reach us – and the earlier in the universe we are looking. Since that light was emitted the universe has continued to expand. Some galaxies in the picture lie close to the edge of the observable universe. This is the furthest point in space to which we could, in principle, see. This is about 45 billion light years from the Earth: light from more distant objects has not yet had time to reach us.


Research Box Title

NASA's Hubble Space Telescope has looked deep into the distant universe and detected the feeble glow from a star that exploded more than 9 billion years ago.

This isn't just any dying star. It belongs to a special class called Type Ia supernovae, which are bright beacons used as distance markers for studying the expansion rate of the universe. Type Ia supernovae most likely arise when white dwarf stars – the burned-out cores of normal stars – siphon too much material from their companion stars and explode.

The stellar explosion, given the nickname SN Primo, will help astronomers place better constraints on the nature of dark energy – a mysterious repulsive force that is causing the universe to fly apart ever faster.

SN Primo is the farthest Type Ia supernova whose distance has been confirmed through spectroscopic observations. Spectroscopy is the "gold standard" for measuring supernova distances. A spectrum splits the light from a supernova into its constituent colors. By analyzing those colors, astronomers can confirm its distance by measuring how much the supernova's light has been stretched, or reddened, into near-infrared wavelengths due to the expansion of the universe.

The sighting is the first result from a three-year Hubble program to survey faraway Type Ia supernovae, opening a new distance realm for searching for this special class of stellar explosion. The remote supernovae will help astronomers determine whether the exploding stars remain dependable cosmic yardsticks across vast distances of space in an epoch when the cosmos was only one-third its current age of 13.7 billion years.

Called the CANDELS+CLASH Supernova Project, the census is using the sharpness and versatility of Hubble's Wide Field Camera 3 (WFC3) to help astronomers search for supernovae in near-infrared light and verify their distance with spectroscopy. WFC3 is looking in regions targeted by two large Hubble programs called the Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS) and the Cluster Lensing and Supernova Survey with Hubble (CLASH).

"In our search for supernovae, we had gone as far as we could go in optical light," said the project's lead investigator, Adam Riess of the Space Telescope Science Institute and The Johns Hopkins University in Baltimore, Md. "But it's only the beginning of what we can do in infrared light. This discovery demonstrates that we can use the Wide Field Camera 3 to search for supernovae in the distant universe."

The new results are being presented today at the American Astronomical Society meeting in Austin, Texas. A paper describing the study has been accepted for publication in The Astrophysical Journal.

The supernova team's search technique involved taking multiple near-infrared images over several months, looking for a supernova's faint glow. Once the team spotted the stellar blast in October 2010, they used WFC3's spectrograph to verify SN Primo's distance and to decode its light, finding the unique signature of a Type Ia supernova. The team then re- imaged SN Primo periodically for eight months, measuring the slow dimming of its light.

By taking the census, the astronomers hope to determine the frequency of Type Ia supernovae during the early universe and glean insights into the mechanisms that detonated them.

"If we look into the early universe and measure a drop in the number of supernovae, then it could be that it takes a long time to make a Type Ia supernova," said Steve Rodney of The Johns Hopkins University, the science paper's first author. "Like corn kernels in a pan waiting for the oil to heat up, the stars haven't had enough time at that epoch to evolve to the point of explosion. However, if supernovae form very quickly, like microwave popcorn, then they will be immediately visible, and we'll find many of them, even when the universe was very young. But each supernova is unique. It's possible that there are multiple ways to make a supernova."

If astronomers discover that Type Ia supernovae begin to depart from how they expect them to look, they might be able to gauge those changes and make the measurements of dark energy more precise, Riess explained. Riess and two other astronomers shared the 2011 Nobel Prize in Physics for discovering dark energy 13 years ago, using Type Ia supernovae to plot the universe's expansion rate.

After extending the frontier for supernova discoveries with Hubble, a full scrutiny of this new territory will have to wait for the James Webb Space Telescope (JWST). Scheduled to launch later this decade, JWST will probe exploding stars at much farther distances than Hubble can reach.

JWST will be able to see farther into the infrared than Hubble does. This capability will push back the frontier by probing more than 11 billion years back in time, when the universe was only 2 billion years old.

Credits:NASA, ESA, A. Riess (STScI and JHU), and S. Rodney (JHU)


شاهد الفيديو: هذا الشيء الغريب يجعل الأرض تفقد 50,000 طن من وزنها سنويا (شهر اكتوبر 2021).