Kosmiczny teleskop Hubble'a: Astronomowie udostępniają 17 najlepszych zdjęć kosmicznych

W tej specjalnej funkcji zaprosiliśmy czołowych astronomów, aby wybrali obraz Hubble Space Telescope, który ma dla nich najbardziej naukowe znaczenie. Obrazy, które wybrali, nie zawsze są kolorowymi zdjęciami chwały, które wypełniają niezliczone „najlepsze” galerie w Internecie, ale raczej ich wpływ wynika z odkryć naukowych.

Wzgórze Tanya, Muzeum Wiktorii

Moim ulubionym obiektem astronomicznym jest mgławica Oriona - piękna i pobliska chmura gazu, która aktywnie tworzy gwiazdy. Byłem uczniem liceum, kiedy po raz pierwszy zobaczyłem mgławicę za pomocą małego teleskopu, co dało mi takie poczucie osiągnięcia, że ​​ręcznie skierowałem teleskop we właściwym kierunku, a po odrobinie polowania w końcu wyśledziłem go w sky (nie było automatycznego przycisku „go-to” na tym teleskopie).

Oczywiście to, co widziałem tej nocy, było niesamowicie delikatną i delikatną chmurą gazu w czerni i bieli. Jedną ze wspaniałych rzeczy, które robi Hubble, jest ujawnianie kolorów wszechświata. A ten obraz Mgławicy Oriona jest naszą najlepszą szansą na wyobrażenie sobie, jak by to wyglądało, gdybyśmy mogli tam pojechać i zobaczyć to z bliska.

Wiele obrazów Hubble'a stało się ikoniczne, a dla mnie radość z oglądania pięknych obrazów łączy naukę i sztukę w sposób, który angażuje publiczność. Wejście do mojego biura zawiera ogromną kopię tego obrazu tapetowanego na ścianie o szerokości 4 mi wysokości 2,5 m. Mogę ci powiedzieć, że to świetny sposób na rozpoczęcie każdego dnia pracy.

Michael Brown, Uniwersytet Monash

Wpływ fragmentów komety Shoemaker Levy 9 na Jowisza w lipcu 1994 r. Po raz pierwszy ostrzegał astronomów przed kolizją planetarną. Wiele światowych teleskopów, w tym niedawno naprawiony Hubble, skierowało wzrok na gigantyczną planetę.

Awaria komety była również moim pierwszym doświadczeniem zawodowym w astronomii obserwacyjnej. Z lodowatej kopuły na Górze Stromlo mieliśmy nadzieję zobaczyć księżyce Jowisza odbijające światło z fragmentów komet rozbijających się o drugą stronę Jowisza. Niestety, nie widzieliśmy błysków światła z księżyców Jowisza.

Jednak Hubble dostał niesamowity i nieoczekiwany widok. Uderzenia po drugiej stronie Jowisza wywołały pióropusze, które wznosiły się tak wysoko nad chmurami Jowisza, że ​​na krótko pojawiły się na Ziemi.

Gdy Jupiter obracał się wokół własnej osi, pojawiły się ogromne ciemne blizny. Każda blizna była wynikiem uderzenia fragmentu komety, a niektóre blizny miały większą średnicę niż nasz księżyc. Dla astronomów na całym świecie był to oszałamiający widok.

William Kurth, University of Iowa

Ta para zdjęć pokazuje spektakularny pokaz światła zorzy ultrafioletowej, występujący w pobliżu bieguna północnego Saturna w 2013 roku. Dwa obrazy zostały zrobione w odstępie zaledwie 18 godzin, ale wykazują zmiany w jasności i kształcie zorzy. Wykorzystaliśmy te obrazy, aby lepiej zrozumieć, jaki wpływ ma wiatr słoneczny na zorze.

Użyliśmy takich fotografii Hubble'a, jak te zebrane przez moich kolegów astronomów, aby monitorować zorze podczas używania sondy Cassini na orbicie wokół Saturna, aby obserwować emisje radiowe związane ze światłami. Udało nam się ustalić, że jasność zorzy jest skorelowana z wyższymi intensywnościami radiowymi.

Dlatego mogę używać ciągłych obserwacji radiowych Cassiniego, aby powiedzieć mi, czy zorze są aktywne, nawet jeśli nie zawsze mamy obrazy do obejrzenia. Był to duży wysiłek obejmujący wielu badaczy Cassini i astronomów z Ziemi.

John Clarke, Boston University

Ten daleki ultrafioletowy obraz północnej zorzy Jowisza pokazuje stałą poprawę zdolności naukowych instrumentów Hubble'a. Zdjęcia ze spektroskopu obrazowania kosmicznego teleskopu (Space Telescope Imaging Spectrograph - STIS) po raz pierwszy pokazały pełny zakres emisji zorzowych, które dopiero zaczęliśmy rozumieć.

Wcześniejsza kamera Wide Field Planetary Camera 2 (WFPC2) pokazała, że ​​emisje zorzy Jowisza obracały się wraz z planetą, a nie były ustalane w kierunku słońca, a zatem Jowisz nie zachowywał się jak Ziemia.

Wiedzieliśmy, że istniały zorza polarna z prądów megaamperowych płynących z Io wzdłuż pola magnetycznego do Jowisza, ale nie byliśmy pewni, czy to nastąpi z innymi satelitami. Podczas gdy było wiele ultrafioletowych obrazów Jowisza wykonanych za pomocą STIS, lubię ten, ponieważ wyraźnie pokazuje on emisje zorzy z magnetycznych śladów księżyców Jowisza Io, Europy i Ganimedesa, a emisja Io wyraźnie pokazuje wysokość kurtyny zorzy. Dla mnie wygląda to trójwymiarowo.

Fred Watson, Australian Astronomical Observatory

Przyjrzyj się dobrze tym obrazom planety karłowatej, Plutona, które pokazują szczegóły przy skrajnej granicy możliwości Hubble'a. Za kilka dni będą starymi kapeluszami i nikt już nie będzie się im przyglądał.

Czemu? Ponieważ na początku maja statek kosmiczny New Horizons znajdzie się wystarczająco blisko Plutona, aby jego aparaty ujawniały więcej szczegółów, ponieważ statek zbliża się do spotkania z 14 lipca.

Jednak ta sekwencja obrazów - pochodząca z początku XXI wieku - dała naukowcom planetarnym jak dotąd najlepsze spostrzeżenia, a różnorodne kolory ujawniają subtelne różnice w chemii powierzchni Plutona. Ten żółtawy obszar widoczny na obrazie centralnym ma na przykład nadmiar zamrożonego tlenku węgla. Dlaczego tak powinno być nieznane.

Obrazy Hubble'a są tym bardziej godne uwagi, że Pluton ma tylko 2/3 średnicy naszego księżyca, ale prawie 13 000 razy dalej.

Chris Tinney, University of New South Wales

Kiedyś wciągnęłam moją żonę do mojego biura, aby z dumą pokazać jej wyniki niektórych obserwacji obrazowych wykonanych w Teleskopie Anglo-Australijskim z (wtedy) nowym i (wtedy) najnowocześniejszym urządzeniem do obrazowania pikseli 8,192 x 8,192. Obrazy były tak duże, że musiały zostać wydrukowane na wielu stronach A4, a następnie sklejone razem, aby stworzyć ogromną czarno-białą mapę gromady galaktyk, które pokrywały całą ścianę.

Byłem zmiażdżony, gdy spojrzała na mnie i powiedziała: „Wygląda jak pleśń”.

Który po prostu pokazuje, że najlepsza nauka nie zawsze jest najładniejsza.

Mój najlepszy wybór z HST to kolejny czarno-biały obraz z 2012 roku, który również „wygląda jak pleśń”. Ale w sercu obrazu ukryta jest pozornie nikła kropka. Reprezentuje jednak potwierdzone wykrycie najzimniejszego przykładu brązowego karła, który następnie odkryto. Obiekt czający się w odległości mniejszej niż 10 parseków (32,6 lat świetlnych) od słońca o temperaturze około 350 Kelwinów (77 stopni Celsjusza) - zimniejszej niż filiżanka herbaty!

A do dziś pozostaje jednym z najzimniejszych obiektów kompaktowych, które wykryliśmy poza naszym układem słonecznym.

Lucas Macri, Texas A&M University

W 2004 roku należałem do zespołu, który użył niedawno zainstalowanej Advanced Camera for Surveys (ACS) na Hubble, aby obserwować niewielki obszar dysku pobliskiej galaktyki spiralnej (Messier 106) w 12 różnych sytuacjach w ciągu 45 dni. Obserwacje te pozwoliły nam odkryć ponad 200 zmiennych cefeidowych, które są bardzo przydatne do pomiaru odległości do galaktyk i ostatecznie określają szybkość ekspansji wszechświata (odpowiednio nazwaną stałą Hubble'a).

Ta metoda wymaga odpowiedniej kalibracji jasności cefeid, co można zrobić w Messierze 106 dzięki bardzo precyzyjnemu i dokładnemu oszacowaniu odległości do tej galaktyki (24,8 miliona lat świetlnych, daj lub weź 3%) uzyskanej poprzez obserwacje radiowe wody chmury krążące wokół masywnej czarnej dziury w jej środku (nieuwzględnione w obrazie).

Kilka lat później brałem udział w innym projekcie, który wykorzystał te obserwacje jako pierwszy krok w solidnej kosmicznej drabinie odległości i określił wartość stałej Hubble'a z całkowitą niepewnością 3%.

Howard Bond, Pennsylvania State University

Jeden z najbardziej podekscytowanych obrazów - mimo że nigdy nie stał się sławny - był naszym pierwszym echem światła wokół dziwnej gwiazdy wybuchowej V838 Monocerotis. Jego erupcja została odkryta w styczniu 2002 r., A jego lekkie echo zostało odkryte około miesiąc później, oba z małych naziemnych teleskopów.

Chociaż światło z eksplozji wędruje prosto do Ziemi, wychodzi również na bok, odbija się od pobliskiego pyłu i dociera do Ziemi później, wytwarzając „echo”.

Astronauci serwisowali Hubble'a w marcu 2002 r., Instalując nową zaawansowaną kamerę do badań (ACS). W kwietniu byliśmy jednym z pierwszych, którzy użyli ACS do obserwacji naukowych.

Zawsze lubiłem myśleć, że NASA w jakiś sposób wiedziała, że ​​światło z V838 jest w drodze do nas od 20 000 lat świetlnych stąd, a ACS zostało zainstalowane w samą porę! Obraz, nawet w jednym kolorze, był niesamowity. Otrzymaliśmy o wiele więcej obserwacji Hubble'a echa w ciągu następnej dekady, i są to jedne z najbardziej spektakularnych ze wszystkich, i BARDZO słynne, ale wciąż pamiętam, że byłem zachwycony, kiedy zobaczyłem ten pierwszy.

Philip Kaaret, University of Iowa

Galaktyki tworzą gwiazdy. Niektóre z tych gwiazd kończą swoje „normalne” życie, zapadając się w czarne dziury, ale potem zaczynają nowe życie, gdy potężne promienniki rentgenowskie zasilane gazem wysysają towarzyszącą gwiazdę.

Otrzymałem ten obraz Hubble'a (w kolorze czerwonym) galaktyki Meduzy, aby lepiej zrozumieć związek między układami podwójnymi rentgenowskimi czarnej dziury a formowaniem się gwiazd. Uderzający wygląd Meduzy powstaje, ponieważ jest to zderzenie dwóch galaktyk - „włosy” to pozostałości jednej galaktyki rozerwanej przez grawitację drugiej. Niebieski na zdjęciu pokazuje zdjęcia rentgenowskie, wykonane za pomocą obserwatorium rentgenowskiego Chandra. Niebieskie kropki są binariami czarnej dziury.

Wcześniejsze prace sugerowały, że liczba rentgenowskich układów podwójnych jest wprost proporcjonalna do szybkości, z jaką galaktyka gospodarza tworzy gwiazdy. Te obrazy Meduzy pozwoliły nam pokazać, że ta sama relacja zachodzi nawet w środku zderzeń galaktycznych.

Mike Eracleous, Pennsylvania State University

Niektóre obrazy Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, które przemawiają do mnie bardzo dobrze, pokazują interakcję i łączenie się galaktyk, takich jak Anteny (NGC 4038 i NGC 4039), Myszy (NGC 4676), galaktyka Cartwheel (ESO 350-40) i wiele innych bez pseudonimów.

Są to spektakularne przykłady gwałtownych wydarzeń, które są powszechne w ewolucji galaktyk. Obrazy dostarczają nam wyjątkowych szczegółów na temat tego, co dzieje się podczas tych interakcji: zniekształcenia galaktyk, kierowanie gazu w kierunku ich centrów i powstawanie gwiazd.

Uważam te obrazy za bardzo przydatne, gdy wyjaśniam ogółowi społeczeństwa kontekst moich własnych badań, akrecji gazu przez supermasywne czarne dziury w centrach takich galaktyk. Szczególnie schludny i użyteczny jest film wideo przygotowany przez Franka Summersa w Space Telescope Science Institute (STScI), ilustrujący to, czego się uczymy, porównując takie obrazy z modelami zderzeń galaktyk.

Michael Drinkwater, University of Queensland

Nasze najlepsze symulacje komputerowe mówią nam, że galaktyki rosną, zderzając się ze sobą. Podobnie, nasze teorie mówią nam, że kiedy zderzają się dwie galaktyki spiralne, powinny one utworzyć dużą galaktykę eliptyczną. Ale to, że tak się stało, to zupełnie inna historia!

Ten piękny obraz Hubble'a uchwycił kolizję galaktyk w akcji. To nie tylko mówi nam, że nasze przewidywania są dobre, ale pozwala nam zacząć opracowywać szczegóły, ponieważ teraz możemy zobaczyć, co się właściwie dzieje.

Pojawiają się fajerwerki formowania się nowej gwiazdy, gdy zderzają się chmury gazu i zachodzą ogromne zniekształcenia, gdy spiralne ramiona rozpadają się. Przed nami jeszcze długa droga, zanim całkowicie zrozumiemy, jak tworzą się duże galaktyki, ale takie obrazy wskazują drogę.

Roberto Soria, ICRAR-Curtin University

Jest to widok najwyższej rozdzielczości skolimowanego strumienia zasilanego przez supermasywną czarną dziurę w jądrze galaktyki M87 (największej galaktyki w Gromadzie Panny, 55 milionów lat świetlnych od nas).

Strumień wystrzeliwuje z gorącego obszaru plazmy otaczającego czarną dziurę (u góry po lewej) i widzimy, jak spływa on przez galaktykę na odległość 6000 lat świetlnych. Białe / fioletowe światło strumienia w tym oszałamiającym obrazie jest wytwarzane przez strumień elektronów spiralnie krążących wokół linii pola magnetycznego z prędkością około 98% prędkości światła.

Zrozumienie budżetu energetycznego czarnych dziur jest trudnym i fascynującym problemem w astrofizyce. Gdy gaz wpada do czarnej dziury, uwalniana jest ogromna ilość energii w postaci światła widzialnego, promieni rentgenowskich i strumieni elektronów i pozytonów poruszających się prawie z prędkością światła. Za pomocą Hubble'a możemy zmierzyć rozmiar czarnej dziury (tysiąc razy większej niż centralna czarna dziura naszej galaktyki), energię i prędkość jej strumienia oraz strukturę pola magnetycznego, które ją kolimuje.

Jane Charlton, Pennsylvania State University

Kiedy moja propozycja Kosmicznego Teleskopu Hubble'a została przyjęta w 1998 roku, była to jedna z największych emocji mojego życia. Aby wyobrazić sobie, że dla mnie teleskop uchwyciłby Kwintet Stephana, oszałamiającą zwartą grupę galaktyk!

W ciągu następnych miliardów lat galaktyki Kwintetu Stephana będą kontynuowane w majestatycznym tańcu, kierując się wzajemnym przyciąganiem grawitacyjnym. W końcu połączą się, zmienią swoje formy i ostatecznie staną się jednym.

Od tego czasu obserwowaliśmy kilka innych zwartych grup galaktyk z Hubble'em, ale Kwintet Stephana zawsze będzie wyjątkowy, ponieważ jego gaz został uwolniony z galaktyk i rozjaśnia się w dramatycznych wybuchach międzygalaktycznych formacji gwiazd. Cóż za wspaniała rzecz, że żyjemy w czasie, kiedy możemy zbudować Hubble'a i popchnąć nasze umysły, by dostrzegły znaczenie tych sygnałów z naszego wszechświata. Podziękowania dla wszystkich bohaterów, którzy stworzyli i utrzymywali Hubble'a.

Geraint Lewis, University of Sydney

Kiedy Hubble został uruchomiony w 1990 roku, zacząłem mój doktorat bada soczewkowanie grawitacyjne, działanie masy zginającej ścieżki promieni świetlnych podczas podróży przez wszechświat.

Obraz Hubble'a z masywnej gromady galaktyk, Abell 2218, przynosi ostre soczewkowanie grawitacyjne, ujawniając, jak ogromna ilość ciemnej materii obecnej w gromadzie - materii, która wiąże wiele setek galaktyk razem - powiększa światło ze źródeł wielokrotnie więcej odległy.

Gdy wpatrujesz się głęboko w obraz, te bardzo powiększone obrazy są widoczne jako długie cienkie smugi, zniekształcone widoki małych galaktyk, które normalnie byłyby niemożliwe do wykrycia.

Daje ci to pauzę, by sądzić, że takie soczewki grawitacyjne, działające jak naturalne teleskopy, wykorzystują przyciąganie grawitacyjne z niewidzialnej materii, aby odkryć niesamowity szczegół wszechświata, którego normalnie nie możemy zobaczyć!

Rachel Webster, University of Melbourne

Soczewkowanie grawitacyjne jest niezwykłym przejawem wpływu masy na kształt czasoprzestrzeni w naszym wszechświecie. Zasadniczo tam, gdzie jest masa, przestrzeń jest zakrzywiona, a więc obiekty oglądane w oddali, poza tymi masowymi strukturami, mają zniekształcone obrazy.

To trochę jak miraż; tak naprawdę jest to określenie francuskiego dla tego efektu. We wczesnych latach istnienia Kosmicznego Teleskopu Hubble'a pojawił się obraz efektów soczewkowania ogromnej gromady galaktyk: maleńkie galaktyki tła były rozciągnięte i zniekształcone, ale obejmowały gromadę, prawie jak para rąk.

Byłem oszołomiony. Był to hołd złożony niezwykłej rozdzielczości teleskopu, działającej znacznie powyżej atmosfery Ziemi. Patrząc z ziemi, te niezwykłe cienkie kosmyki galaktycznego światła zostałyby wysmarowane i nie można ich odróżnić od szumu tła.

Moja klasa astrofizyki trzeciego roku zbadała 100 najlepszych strzałów Hubble'a i byli pod wrażeniem niezwykłych, ale prawdziwych kolorów chmur gazu. Nie mogę jednak przejść obok obrazu ukazującego wpływ masy na samą tkankę naszego wszechświata.

Kim-Vy Tran, Texas A&M

Z ogólną teorią względności Einstein postulował, że materia zmienia czasoprzestrzeń i może zginać światło. Fascynującą konsekwencją jest to, że bardzo masywne obiekty we wszechświecie będą powiększać światło z odległych galaktyk, w istocie stając się kosmicznymi teleskopami.

Dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Hubble'a wykorzystaliśmy tę potężną umiejętność cofania się w czasie w poszukiwaniu pierwszych galaktyk.

Ten obraz Hubble'a pokazuje ul galaktyk, które mają wystarczającą masę, aby zginać światło z bardzo odległych galaktyk w jasne łuki. Moim pierwszym projektem jako studenta studiów magisterskich było studiowanie tych niezwykłych obiektów i nadal korzystam z Hubble'a, aby badać naturę galaktyk w kosmicznym czasie.

Alan Duffy, Swinburne University of Technology

Dla ludzkiego oka nocne niebo na tym obrazie jest całkowicie puste. Mały region nie grubszy niż ziarno ryżu trzymane na długości ramion. Kosmiczny teleskop Hubble'a był wycelowany w ten region przez 12 pełnych dni, pozwalając światłu uderzać w detektory i powoli, jeden po drugim, pojawiły się galaktyki, aż cały obraz został wypełniony 10 000 galaktyk rozciągających się na całym wszechświecie.

Najbardziej odległe są maleńkie czerwone kropki dziesiątki miliardów lat świetlnych stąd, sięgające czasów sprzed kilkuset milionów lat po Wielkim Wybuchu. Wartość naukowa tego pojedynczego obrazu jest ogromna. Zrewolucjonizował nasze teorie zarówno tego, jak mogły powstawać wczesne galaktyki, jak i jak szybko mogły się rozwijać. Historia naszego wszechświata, jak również bogata różnorodność kształtów i rozmiarów galaktyk, zawarta jest w jednym obrazie.

Dla mnie to, co naprawdę czyni ten obraz niezwykłym, to rzut oka na skalę naszego widzialnego wszechświata. Tak wiele galaktyk na tak małym obszarze oznacza, że ​​na całym nocnym niebie znajduje się 100 tysięcy milionów galaktyk. Jedna cała galaktyka dla każdej gwiazdy w naszej Drodze Mlecznej!

James Bullock, University of California, Irvine

Właśnie o to chodzi w Hubble'u. Pojedynczy, inspirujący widok może tak bardzo zdemaskować nasz Wszechświat: jego odległą przeszłość, trwające zgromadzenie, a nawet podstawowe prawa fizyczne, które wiążą to wszystko razem.

Zaglądamy przez serce roju gromad galaktyk. Te świecące białe kulki to gigantyczne galaktyki, które dominują w centrum gromady. Przyjrzyj się uważnie i zobaczysz, że rozerwane są z nich strzępy białego światła! Gromada działa jak mikser grawitacyjny, powodując przemianę wielu pojedynczych galaktyk w pojedynczą chmurę gwiazd.

Ale sama gromada jest tylko pierwszym rozdziałem w kosmicznej historii, która została tu ujawniona. Widzisz te słabe niebieskie pierścienie i łuki? Są to zniekształcone obrazy innych galaktyk, które znajdują się daleko w oddali.

Ogromna grawitacja gromady powoduje, że czasoprzestrzeń wokół niej ulega wypaczeniu. Gdy światło z odległych galaktyk przechodzi, jest zmuszone do wyginania się w dziwne kształty, jak wypaczone szkło powiększające zniekształci i rozjaśni nasz widok słabej świecy. Wykorzystując nasze rozumienie ogólnej teorii względności Einsteina, Hubble używa klastra jako teleskopu grawitacyjnego, co pozwala nam widzieć dalej i słabiej niż kiedykolwiek wcześniej. Patrzymy wstecz w czasie, aby zobaczyć galaktyki, które były ponad 13 miliardów lat temu!

Jako teoretyk chcę zrozumieć pełny cykl życia galaktyk - jak się rodzą (małe, niebieskie, pękają z nowymi gwiazdami), jak rosną i ostatecznie jak umierają (duże, czerwone, zanikające w świetle starożytnego gwiazdy). Hubble pozwala nam łączyć te etapy. Niektóre z najsłabszych, najbardziej odległych galaktyk na tym obrazie mają stać się potwornymi galaktykami, jak te świecące na pierwszym planie w kolorze białym. Widzimy daleką przeszłość i teraźniejszość w jednym wspaniałym obrazie.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation przez Tanyę Hill z udziałem autorów Alana Duffy'ego, Chrisa Tinneya, Freda Watsona, Gerainta Lewisa, Howarda E Bonda, Jamesa Bullocka, Jane Charlton, Johna Clarke, Kim Vy Tran, Lucasa Macri, Michaela Drinkwatera, Michaela JI Brown, Mike Eracleous, Philip Kaaret, Rachel Webster, Roberto Soria i William Kurth. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.