Hubbleov vesmírny teleskop: Astronómovia Podiel 17 najlepších fotiek z vesmíru

V tejto špeciálnej funkcii sme pozvali špičkových astronómov, aby si vybrali obrázok z Hubbleovho vesmírneho teleskopu, ktorý má pre ne najvýznamnejší vedecký význam. Obrázky, ktoré si vybrali, nie sú vždy farebnými zábermi, ktoré naplnia nespočetné množstvo „najlepších“ galérií na internete, ale ich vplyv je skôr na vedecké poznatky, ktoré odhaľujú.

Tanya Hill, Múzeum Victoria

Môj najobľúbenejší astronomický objekt je hmlovina Orion - krásny a blízky oblak plynu, ktorý aktívne tvorí hviezdy. Bol som stredoškolský študent, keď som prvýkrát videl hmlovinu cez malý teleskop a dal mi taký pocit úspechu, že som ručne nasmeroval ďalekohľad správnym smerom a po spravodlivom poľovníctve ho konečne sledoval. obloha (na tomto teleskope nebolo žiadne automatické tlačidlo „go-to“).

Samozrejme, to, čo som videl v tej dávnej noci, bol úžasne jemný a mizerný oblak plynu v čiernej a bielej farbe. Jednou z úžasných vecí, ktoré Hubble robí, je odhaliť farby vesmíru. A tento obraz hmloviny Orion je našou najlepšou šancou predstaviť si, ako by to mohlo vyzerať, keby sme tam mohli ísť a vidieť ju zblízka.

Mnohé z obrazov HST sa stali ikonickými a pre mňa je radosť vidieť, že jej krásne obrazy spájajú vedu a umenie spôsobom, ktorý zapája verejnosť. Vchod do mojej kancelárie, má obrovskú kópiu tohto obrazu tapetu na stene širokej 4m a 2,5m. Môžem vám povedať, že je to skvelý spôsob, ako začať každý pracovný deň.

Michael Brown, Univerzita Monash

Vplyv úlomkov kométa ševcu Levy 9 s Jupiterom v júli 1994 bol prvýkrát, čo astronómovia mali vopred varovať pred planetárnou kolíziou. Mnohé svetové teleskopy, vrátane nedávno opraveného HST, obrátili svoj pohľad na obrovskú planétu.

Havária kométy bola aj mojou prvou profesionálnou skúsenosťou s pozorovacou astronómiou. Z frigidnej kopule na vrchu Stromlo sme dúfali, že uvidíme Jupiterove mesiace, ktoré odrážajú svetlo z fragmentov komét narážajúcich na druhú stranu Jupitera. Žiaľ, z Jupiterových mesiacov sme nevideli žiadne záblesky svetla.

HST však mal úžasný a neočakávaný pohľad. Vplyvy na ďalekej strane Jupitera vytvorili perá, ktoré sa týčili tak ďaleko nad oblakmi Jupitera, že krátko prišli na zem zo Zeme.

Keď sa Jupiter otočil na svojej osi, objavili sa obrovské tmavé jazvy. Každá jazva bola výsledkom dopadu fragmentu kométy a niektoré jazvy mali väčší priemer ako náš mesiac. Pre astronómov na celom svete to bol pohľad na čeľusť.

William Kurth, University of Iowa

Tento pár obrazov ukazuje veľkolepú ultrafialovú aurorovú svetelnú show, ktorá sa objavuje v blízkosti severného pólu Saturn v roku 2013. Dva obrazy boli od seba vzdialené len 18 hodín, ale ukazujú zmeny jasu a tvaru políc. Tieto obrazy sme použili na lepšie pochopenie toho, aký vplyv má slnečný vietor na polárne žiary.

Použili sme Hubbleove fotografie ako tie, ktoré získali moji astronómski kolegovia, aby monitorovali polárne žiary pri používaní sondy Cassini na obežnej dráhe okolo Saturna, aby sledovali rádiové emisie spojené so svetlom. Boli sme schopní určiť, že jas auror koreluje s vyššími intenzitami rádia.

Preto môžem použiť Cassiniho priebežné rádiové pozorovania, aby som mi povedal, či sú alebo nie sú polárne žiary aktívne, aj keď sa na ne vždy nemusíme pozerať. Toto bolo veľké úsilie vrátane mnohých vyšetrovateľov Cassini a astronómov na Zemi.

John Clarke, Boston University

Tento ultrafialový obraz severnej polárnej žiary Jupitera ukazuje neustále zlepšovanie schopnosti vedeckých prístrojov Hubblu. Snímky vesmírneho ďalekohľadu Imaging Spectrograph (STIS) po prvý raz ukázali, že celý rozsah aurorálnych emisií, ktoré sme práve začali chápať.

Skoršia kamera Wide Field Planetary Camera 2 (WFPC2) ukázala, že Jupiterove aurorálne emisie rotovali s planétou, namiesto toho, aby boli fixované smerom k Slnku, takže Jupiter sa nechoval ako Zem.

Vedeli sme, že z mega-ampérových prúdov prúdiacich z Io pozdĺž magnetického poľa smerom k Jupiteru boli polárne žiary, ale my sme si neboli istí, že sa to stane s ostatnými satelitmi. Kým tam bolo veľa ultrafialových obrazov Jupitera so STIS, páči sa mi toto, pretože jasne ukazuje aororálne emisie z magnetických stôp Jupiterových mesiacov Io, Europa a Ganymede a emisia Io jasne ukazuje výšku polárnej záclony. Pre mňa to vyzerá trojrozmerne.

Fred Watson, Austrálske astronomické observatórium

Pozrime sa na tieto obrazy trpasličích planét, Pluta, ktoré zobrazujú detaily v krajnom limite schopností HST. Niekoľko dní odteraz budú starým klobúkom a nikto sa na nich nebude obťažovať.

Prečo? Vzhľadom k tomu, že začiatkom mája bude kozmická loď New Horizons dostatočne blízko k Plutu, aby jej kamery odhalili lepšie detaily, keď sa plavidlo blíži k 14. júlu.

Táto sekvencia obrazov, ktorá sa datuje od začiatku 2000-tych rokov, dodala planetárnym vedcom ich najlepšie postrehy doposiaľ, rôzne farby odhaľujúce jemné variácie povrchovej chémie Pluta. Táto žltkastá oblasť vystupujúca napríklad v strednom obraze má nadbytok zmrazeného oxidu uhoľnatého. Prečo by to malo byť neznáme.

Snímky z HST sú o to pozoruhodnejšie, že Pluto je len 2/3 priemeru nášho vlastného mesiaca, ale takmer 13 000 krát ďalej.

Chris Tinney, Univerzita Nového Južného Walesu

Raz som vytiahol svoju ženu do svojej kancelárie, aby som jej hrdo ukázal výsledky niektorých zobrazovacích pozorovaní vykonaných na Anglo-austrálskom ďalekohľade s (potom) novým a (potom) najmodernejším 8,192 x 8,192 pixelovým imagerom. Obrazy boli také veľké, museli byť vytlačené na viacerých stranách formátu A4 a potom spolu prilepené k vytvoreniu obrovskej čierno-bielej mapy zoskupenia galaxií, ktoré pokrývali celú stenu.

Bol som rozdrvený, keď sa pozrela a povedala: „Vyzerá to ako pleseň.“

Čo len ukazuje najlepšie veda nie je vždy najkrajšie.

Moja voľba najväčšieho obrazu z HST je ďalší čiernobiely obraz z roku 2012, ktorý tiež „vyzerá ako pleseň“. Ale pochovaný v srdci obrazu je zjavne pozoruhodná slabá bodka. Predstavuje však potvrdenú detekciu najchladnejšieho príkladu hnedého trpaslíka, ktorý bol objavený. Objekt číhajúci menej ako 10 parsekov (32,6 svetelných rokov) ďaleko od Slnka s teplotou približne 350 Kelvinov (77 stupňov Celzia) - chladnejší ako šálka čaju!

A dodnes zostáva jedným z najchladnejších kompaktných objektov, ktoré sme zistili mimo našej slnečnej sústavy.

Lucas Macri, Texas A&M University

V roku 2004 som bol súčasťou tímu, ktorý používal nedávno nainštalovaný Advanced Camera for Surveys (ACS) na HST, aby pozoroval malú oblasť disku blízkej špirálovej galaxie (Messier 106) pri 12 samostatných príležitostiach do 45 dní. Tieto pozorovania nám umožnili objaviť viac ako 200 premenných Cepheid, ktoré sú veľmi užitočné na meranie vzdialeností k galaxiám a napokon určujú mieru expanzie vesmíru (vhodne pomenovanú konštantu HST).

Táto metóda vyžaduje správnu kalibráciu luminiscencií Cepheid, ktoré sa môžu vykonať v Messier 106 vďaka veľmi presnému a presnému odhadu vzdialenosti k tejto galaxii (24,8 milióna svetelných rokov, dať alebo vziať 3%) získanej prostredníctvom rádiového pozorovania vody. oblaky obiehajúce okolo masívnej čiernej diery v jej strede (nie sú súčasťou obrazu).

O niekoľko rokov neskôr som bol zapojený do ďalšieho projektu, ktorý využil tieto pozorovania ako prvý krok v robustnom kozmickom rebríku vzdialenosti a určil hodnotu HST konštanty s celkovou neistotou 3%.

Howard Bond, Pennsylvania State University

Jeden z obrázkov, ktorý ma najviac nadchol - aj keď sa nikdy neslávil - bol náš prvý zo svetelnej ozveny okolo podivnej výbušnej hviezdy V838 Monocerotis. Jeho erupcia bola objavená v januári 2002 a jej svetelná ozvena bola objavená o mesiac neskôr, ako z malých pozemných ďalekohľadov.

Hoci svetlo z explózie putuje priamo na Zem, tiež ide von na stranu, odráža sa od okolitého prachu a prichádza na Zem neskôr, čím produkuje „ozvenu“.

Astronauti obsluhovali Hubble v marci 2002 a nainštalovali nový Advanced Camera for Surveys (ACS). V apríli sme boli jedným z prvých, ktorí používali ACS pre vedecké pozorovania.

Vždy som si myslela, že NASA nejako vedela, že svetlo z V838 je na ceste k nám od 20 000 svetelných rokov a má nainštalovaný ACS práve včas! Obraz, dokonca len v jednej farbe, bol úžasný. Počas nasledujúceho desaťročia sme získali oveľa viac pozorovaní HST od ozveny a sú jedny z najpozoruhodnejších zo všetkých, a veľmi slávny, ale stále si pamätám, že som bol ohromený, keď som videl tento prvý.

Philip Kaaret, University of Iowa

Galaxie tvoria hviezdy. Niektoré z týchto hviezd končia svoje „normálne“ životy tým, že sa zrútia do čiernych dier, ale potom začnú nové životy, keď silné röntgenové žiariče poháňané plynom odsávajú spoločnú hviezdu.

Získal som tento Hubbleov obraz (v červenej farbe) galaxie Medusa, aby som lepšie pochopil vzťah medzi čiernymi dierkami a rôntgenovými hviezdami. Výrazný vzhľad Medúzy vzniká preto, že ide o kolíziu medzi dvoma galaxiami - „vlasy“ sú zvyšky jednej galaxie roztrhané gravitáciou druhej galaxie. Modrá na obrázku ukazuje röntgenové žiarenie, zobrazované pomocou röntgenového observatória Chandra. Modré bodky sú binárne súbory čiernych dier.

Predchádzajúce práce naznačili, že počet röntgenových binárnych súborov je jednoducho úmerný rýchlosti, s akou hostiteľská galaxia vytvára hviezdy. Tieto obrazy Medúzy nám umožnili ukázať, že rovnaký vzťah platí aj v čase galaktických zrážok.

Mike Eracleous, Pennsylvania State University

Niektoré z snímok Hubbleovho vesmírneho teleskopu, ktoré ma veľmi zaujmú, ukazujú interakciu a spájanie galaxií, ako napríklad Antén (NGC 4038 a NGC 4039), Myš (NGC 4676), galaxiu Cartwheel (ESO 350-40) a mnoho ďalších bez prezývok.

Toto sú veľkolepé príklady násilných udalostí, ktoré sú bežné vo vývoji galaxií. Obrazy nám poskytujú vynikajúce detaily o tom, čo sa deje počas týchto interakcií: skreslenie galaxií, smerovanie plynu do ich centier a vytváranie hviezd.

Tieto obrazy považujem za veľmi užitočné, keď vysvetľujem širokej verejnosti kontext môjho vlastného výskumu, narastanie plynu supermasívnymi čiernymi dierami v centrách takýchto galaxií. Obzvlášť úhľadné a užitočné je video, ktoré zostavil Frank Summers z inštitútu Space Telescope Science Institute (STScI), ilustrujúc to, čo sa učíme, porovnaním takýchto obrazov s modelmi kolízií galaxií.

Michael Drinkwater, University of Queensland

Naše najlepšie počítačové simulácie nám hovoria, že galaxie rastú kolíziou a vzájomným splynutím. Naše teórie nám tiež hovoria, že keď sa zrazia dve špirálové galaxie, mali by vytvoriť veľkú eliptickú galaxiu. Ale vlastne vidíme, že sa to stalo, je úplne iný príbeh!

Tento krásny Hubbleov obraz zachytil kolíziu galaxií v akcii. To nám neznamená len to, že naše predpovede sú dobré, ale umožňuje nám začať rozpracovať detaily, pretože teraz môžeme vidieť, čo sa skutočne deje.

Tam sú ohňostroje novej tvorby hviezd spúšťa, ako mraky plynu sa zrazí a obrovské deformácie prebiehajú, ako sa rozpadajú špirálové ramená. Máme pred sebou dlhú cestu, kým úplne pochopíme, ako sa tvoria veľké galaxie, ale obrazy, ako je tento, ukazujú cestu.

Roberto Soria, ICRAR-Curtinova univerzita

Toto je pohľad na najvyššie rozlíšenie kolimovaného prúdu poháňaného supermasívnou čiernou dierou v jadre galaxie M87 (najväčšia galaxia v klastri Virgo, 55 miliónov svetelných rokov od nás).

Prúd vystrelí z horúcej oblasti plazmy obklopujúcej čiernu dieru (vľavo hore) a vidíme, že prúdi dolu galaxiou na vzdialenosť 6 000 svetelných rokov. Biele / fialové svetlo prúdu v tomto ohromujúcom obraze sa vytvára prúdom elektrónov špirálovito okolo magnetických siločiar pri rýchlosti približne 98% rýchlosti svetla.

Pochopenie energetického rozpočtu čiernych dier je pre astrofyziku náročným a fascinujúcim problémom. Keď plyn padá do čiernej diery, uvoľní sa obrovské množstvo energie vo forme viditeľného svetla, röntgenových lúčov a prúdov elektrónov a pozitrónov pohybujúcich sa takmer rýchlosťou svetla. S HST môžeme merať veľkosť čiernej diery (tisíckrát väčšiu ako centrálna čierna diera našej galaxie), energiu a rýchlosť jej prúdu a štruktúru magnetického poľa, ktoré ho kolimuje.

Jane Charlton, Pennsylvania State University

Keď bol môj návrh Hubbleovho vesmírneho teleskopu prijatý v roku 1998, bol to jeden z najväčších vzrušení môjho života. Na to, aby som si predstavil, že ďalekohľad by pre mňa zachytil Stephanov kvintet, úžasnú kompaktnú skupinu galaxií!

Počas nasledujúcich miliárd rokov budú galaxie Stephan's Quintet pokračovať v ich majestátnom tanci, vedenom vzájomnou gravitáciou. Nakoniec sa zlúčia, zmenia svoje formy a nakoniec sa stanú jedným.

Od tej doby sme pozorovali niekoľko ďalších kompaktných skupín galaxií s Hubbleovým telesom, ale Stephan´s Quintet bude vždy výnimočný, pretože jeho plyn bol uvoľnený z galaxií a rozsvieti sa v dramatických prasknutiach medzigalaktickej tvorby hviezd. Aká dobrá vec je byť nažive v čase, keď môžeme vybudovať Hubbleov telesný teleso a tlačiť naše mysle, aby sme mohli vidieť význam týchto signálov z nášho vesmíru. Ďakujeme všetkým hrdinom, ktorí robili a udržiavali HST.

Geraint Lewis, University of Sydney

Keď bol Hubble rozbehnutý v roku 1990, začal som svoju doktorátsku prácu. Štúdium gravitačných šošoviek, pôsobenie masového ohýbania ciest svetelných lúčov, keď cestujú cez vesmír.

Obrázok masívneho galaxie Klastra, Abell 2218, nasmeruje túto gravitačnú šošovku do ostrého ohniska a odhaľuje, ako obrovské množstvo tmavej hmoty prítomnej v klastri - hmota, ktorá viaže mnoho stoviek galaxií dohromady - viackrát zväčšuje svetlo zo zdrojov. vzdialená.

Keď sa pozeráte hlboko do obrazu, tieto vysoko zväčšené obrazy sú zrejmé ako dlhé tenké pruhy, skreslené pohľady na detské galaxie, ktoré by normálne nebolo možné odhaliť.

Dáva vám pauzu, aby ste si mysleli, že takéto gravitačné šošovky, pôsobiace ako prirodzené teleskopy, využívajú gravitačný ťah z neviditeľnej hmoty na odhalenie úžasných detailov vesmíru, ktoré normálne nevidíme!

Rachel Webster, University of Melbourne

Gravitačné šošovky sú mimoriadnym prejavom účinku hmoty na tvar vesmírneho času v našom vesmíre. V podstate tam, kde je hmotnosť, je priestor zakrivený, takže objekty, ktoré sú pozorované v diaľke, mimo týchto masových štruktúr, majú skreslené obrazy.

Je to trochu ako prelud; toto je vlastne termín francúzskeho použitia pre tento efekt. V prvých dňoch Hubbleovho vesmírneho teleskopu sa objavil obraz o šošovkových účinkoch masívneho zhluku galaxií: malé galaxie pozadia boli natiahnuté a skreslené, ale klaster sa priblížil, takmer ako pár rúk.

Bol som ohromený. Bola to pocta mimoriadnemu rozlíšeniu ďalekohľadu, ktorý pôsobil vysoko nad zemskou atmosférou. Pri pohľade zo zeme by tieto mimoriadne tenké zárezy galaktického svetla boli rozmazané a neodlíšiteľné od hluku pozadia.

Moja trieda astrofyziky z tretieho ročníka skúmala 100 Top Shots of Hubble a boli najviac ohromení výnimočnými, ale pravdivými farbami oblakov plynu. Nemôžem však ísť okolo obrazu zobrazujúceho účinok hmoty na samotnú štruktúru nášho vesmíru.

Kim-Vy Tran, Texas A&M

Pri všeobecnej relativite Einstein predpokladal, že hmota mení časopriestor a dokáže ohýbať svetlo. Fascinujúcim dôsledkom je, že veľmi masívne objekty vo vesmíre zväčšia svetlo zo vzdialených galaxií, v podstate sa stanú kozmickými ďalekohľadmi.

S Hubbleovým vesmírnym teleskopom sme teraz využili túto mocnú schopnosť nahliadnuť späť do času hľadať prvé galaxie.

Tento Hubbleov obraz ukazuje úľ galaxií, ktoré majú dostatok hmoty na ohýbanie svetla z veľmi vzdialených galaxií do svetlých oblúkov. Môj prvý projekt ako študent postgraduálneho štúdia mal študovať tieto pozoruhodné objekty a aj dnes využívam HST na preskúmanie povahy galaxií v kozmickom čase.

Alan Duffy, Swinburne University of Technology

Pre ľudské oko je nočná obloha v tomto obraze úplne prázdna. Malý región nie je hrubší ako zrno ryže držané v dĺžke ramien. Hubbleov vesmírny teleskop bol nasmerovaný na túto oblasť 12 celých dní, nechal svetlo zasiahnuť detektory a pomaly, jeden po druhom, sa objavili galaxie, až kým sa celý obraz nenaplnil 10 000 galaxiami, ktoré sa tiahnu po celom vesmíre.

Najvzdialenejšie sú malé červené bodky vzdialené desiatky miliárd svetelných rokov, ktoré siahajú do obdobia niekoľkých stoviek miliónov rokov po Veľkom tresku. Vedecká hodnota tohto jediného obrazu je obrovská. Revolúcia v našich teóriách o tom, ako sa mohli formovať skoré galaxie a ako rýchlo by mohli rásť. História nášho vesmíru, rovnako ako bohatá škála tvarov a veľkostí galaxií, je obsiahnutá v jedinom obraze.

Pre mňa to, čo skutočne robí tento obraz mimoriadnym, je, že dáva pohľad do rozsahu nášho viditeľného vesmíru. Toľko galaxií v takej malej oblasti znamená, že na celej nočnej oblohe je 100 tisíc miliónov galaxií. Jedna celá galaxia pre každú hviezdu v našej Mliečnej dráhe!

James Bullock, University of California, Irvine

O tom je Hubble. Jediný pohľad, ktorý je inšpirujúci úctou, môže odhaliť toľko o našom vesmíre: o jeho dávnej minulosti, o jeho prebiehajúcom zhromaždení a dokonca o základných fyzikálnych zákonoch, ktoré ho spájajú dohromady.

Pozeráme sa cez srdce rojúceho zhluku galaxií. Tie žiariace biele gule sú obrovskými galaxiami, ktoré dominovali v centre klastra. Pozrite sa pozorne a uvidíte rozptýlené kúsky bieleho svetla. Klaster pôsobí ako gravitačný mixér, ktorý vrhá mnoho jednotlivých galaxií do jediného mraku hviezd.

Samotný klaster je však iba prvou kapitolou vesmírneho príbehu. Pozri tie slabé modré krúžky a oblúky? To sú skreslené obrazy iných galaxií, ktoré sedia ďaleko v diaľke.

Nesmierna gravitácia klastra spôsobuje, že sa priestorový čas okolo neho deformuje. Ako prechádza svetlo zo vzdialených galaxií, je nútené ohýbať sa do podivných tvarov, ako by pokrivené zväčšovacie sklo narušilo a zosvetlilo náš pohľad na slabú sviečku. Využitím nášho chápania Einsteinovej všeobecnej relativity, Hubble používa klaster ako gravitačný ďalekohľad, ktorý nám umožňuje vidieť ďalej a slabšie ako kedykoľvek predtým. Hľadíme ďaleko dozadu, aby sme videli galaxie, ako boli pred viac ako 13 miliardami rokov!

Ako teoretik chcem pochopiť celý životný cyklus galaxií - ako sa rodia (malé, modré, prasknuté novými hviezdami), ako rastú, a nakoniec, ako zomierajú (veľké, červené, miznúce svetlom starovekých hviezdičky). Hubble nám umožňuje spojiť tieto fázy. Niektoré z najslabších, najvzdialenejších galaxií v tomto obraze sú určené na to, aby sa stali galaxiami monštier ako tie, ktoré žiaria v bielej farbe v popredí. Vidíme vzdialenú minulosť a súčasnosť v jednom nádhernom obraze.

Tento článok bol pôvodne publikovaný na The Conversation od Tanya Hill s prispievajúcimi autormi Alan Duffy, Chris Tinney, Fred Watson, Geraint Lewis, Howard E Bond, James Bullock, Jane Charlton, John Clarke, Kim Vy Tran, Lucas Macri, Michael Drinkwater, Michael JI Brown, Mike Eracleous, Philip Kaaret, Rachel Webster, Roberto Soria a William Kurth. Prečítajte si pôvodný článok.