Hubble Deep Field ( HDF ) är en bild av ett litet område i stjärnbilden Ursa Major tagen av rymdteleskopet Hubble . Det synliga området i bilden är lika med 5,3 kvadratminuter av båge [1] , vilket är ungefär 1 ⁄ 28 000 000 av himmelsfärens yta. Bilden sammanställdes från 342 individuella bilder tagna från Wide Field and Planetary Camera 2 ( Eng. Wide Field and Planetary Camera 2 - WFPC2 ) installerade på Hubble-teleskopet. Bilden byggdes över flera dagar - från 18 december till 28 december 1995 [2] .
Regionen är så liten att endast ett fåtal förgrundsstjärnor i Vintergatan ligger inom den. Således är nästan alla 3000 objekt i bilden galaxer .
2004 byggdes en djupare bild, känd som Hubble Ultra Deep Field (HUDF) [3] . Dess skapelse tog elva dagars observation. 2012 släpptes en ny, ännu djupare bild - Hubble Extreme Deep Field (XDF), som blev den djupaste och mest känsliga astronomiska bilden som någonsin tagits i synliga våglängder [4] .
Ett av de viktigaste målen för astronomerna som designade rymdteleskopet Hubble var att använda teleskopets höga optiska upplösning för att studera avlägsna galaxer i mycket fina detaljer som inte var tillgängliga tidigare [1] . Ett teleskop i rymden, till skillnad från markbaserade teleskop, påverkas inte av atmosfärisk distorsion. Detta gör det möjligt att få bilder med mycket större känslighet i det synliga och ultravioletta spektra än bilder som erhålls från jordens yta . Eftersom ljusets väg från mycket avlägsna galaxer tar miljoner och miljarder år ser vi dem som de var för mycket länge sedan. Studier av detta slag ger en bättre uppfattning om galaxernas ursprung, evolution och utveckling [5] .
Området som valts ut för observationer måste uppfylla flera kriterier:
Dessa kriterier har avsevärt begränsat de områden som kan observeras [1] .
Det beslutades att målet skulle vara i Hubble-teleskopets "sammanhängande observationszon" (CVZs) - det område på himlen som inte skyms av jorden eller månen när teleskopet kretsar runt . Arbetsgruppen beslutade att fokusera på den norra "sammanhängande observationszonen" så att uppföljande observationer kan göras med hjälp av teleskop på norra halvklotet som Very Large Array och Keck Observatory Telescope [1] [6] .
Inledningsvis hittades tjugo områden som uppfyllde alla dessa kriterier, från vilka tre optimala områden valdes ut. Alla utvalda områden fanns i stjärnbilden Ursa Major. Ytterligare radioobservationer uteslöt en av dessa regioner, som innehöll en ljusstark radiokälla. Det slutliga beslutet att välja mellan de två återstående områdena togs med hänsyn till " navigeringsstjärnorna " som ligger nära en av dem: observationer med Hubble-teleskopet kräver vanligtvis närvaron av flera närliggande stjärnor, enligt vilka teleskopets finpositioneringssensorer ( eng. Fine Guidance Sensors ) fångar observationsområdet. Till slut valdes en region belägen i höger uppstigning 12 h 36 m 49,4 s och deklination +62° 12′ 58″ [7] .
Efter att ha bestämt sig för observationsområdet började forskarna utveckla sin metodik. Det var nödvändigt att bestämma vilka av de 48 filtren (inklusive smalbandiga, specifika spektrallinjeisolerande och bredbandsfilter) utrustade med WFPC2 som skulle användas för observationer. Valet berodde på " bandbredden " för varje filter. Användningen av bandpassfilter var mycket oönskad.
Som ett resultat valdes fyra bredbandsfilter: 300 nm, 450 nm (blått ljus), 606 nm (rött ljus) och 814 nm [8] . Eftersom kvanteffektiviteten hos Hubbles sensorer är mycket låg vid 300 nm, beror brus i observationer vid denna våglängd främst på CCD- brus snarare än himmelsbakgrundsbrus. Således skulle dessa observationer kunna göras när högt bakgrundsbrus skulle skada prestandan för observationer i andra bandbredder.
Bilder av målområdet med de utvalda filtren erhölls under tio dagars kontinuerliga observationer, under vilka Hubble cirklade runt jorden i sin omloppsbana ungefär 150 gånger [9] . Den totala observationstiden vid varje våglängd var: 48,93 [10] timmar (300 nm), 36,52 [10] timmar (450 nm), 34,94 [10] timmar (606 nm) och 34,86 [10] ] timmar (814 nm). Observationer delades in i 342 separata "steg" för att förhindra betydande skada på vissa områden av bilden av ljusa band, som bildas när kosmiska strålar verkar på CCD-matrissensorerna.
I processen att kombinera bilder erhållna vid olika våglängder togs pixlar som exponerades för kosmisk strålning bort . Jämförelse av flera sekventiellt tagna bilder avslöjade pixlar som påverkades av kosmiska strålar i en bild, men inte påverkade i en annan. Spår av rymdskräp och konstgjorda satelliter har också försiktigt tagits bort från bilderna. [1] [11] [12]
Ungefär en fjärdedel av fragmenten visade tydligt spritt ljus från jorden. För att bli av med ljusstyrkedefekten justerades dessa fragment till nivån för bilder opåverkade av spritt ljus. Den resulterande bilden har jämnats ut. Med denna procedur togs nästan allt ströljus bort från bilderna. [1] [10] [13]
Efter att defekterna tagits bort från 342 separata bilder, kombinerades de till en. Varje pixel i CCD-matrisen på WFPC2 motsvarade ett område på 0,09 bågsekunder . Varje efterföljande bild överlappade delvis den föregående. Med användning av sofistikerade bearbetningsmetoder (speciell algoritm " Drizzle " [14] [15] ) kombinerades bilderna, och i den slutliga bilden i varje våglängd var pixelstorleken 0,04 bågsekunder [15] [16] .
Databehandling gjorde det möjligt att få fyra monokroma bilder , en vid varje våglängd. Att kombinera dem till en färgbild var en godtycklig process, eftersom de våglängder som bilderna togs i inte matchar våglängderna för rött, grönt och blått ljus. Färgerna i den slutliga bilden ger bara en approximation av galaxernas faktiska färger. Valet av filter för HDF (som med de flesta av Hubble-bilderna) syftade främst till att maximera den vetenskapliga användbarheten av observationerna, snarare än att förmedla visuellt uppfattade färgmatchningar. [17]
Den slutliga bilden innehåller bilder av cirka 3 000 galaxer, allt från uttalade oregelbundna galaxer och spiralgalaxer i förgrunden till knappt synliga, bara några pixlar i storlek, i bakgrunden. I allmänhet, på HDF, förmodligen, finns det mindre än ett dussin förgrundsstjärnor, medan de flesta av objekten är avlägsna galaxer. Många galaxer interagerar med varandra, bildar kedjor och bågar, och är sannolikt områden med intensiv stjärnbildning.
Data från HDF-bilden gav forskarna en mängd material för analys. Från och med 2005 har cirka 400 artiklar (studier, artiklar) baserade på HDF dykt upp i den astronomiska litteraturen. Ett av de mest grundläggande resultaten var upptäckten av ett stort antal galaxer med hög rödförskjutning . Vid den tiden var ett stort antal kvasarer med hög rödförskjutning kända , medan mycket få galaxer med hög rödförskjutning var kända. Det finns många galaxer i HDF-bilden med ett rödförskjutningsvärde som är större än 6, vilket ungefär motsvarar ett avstånd på 12 miljarder ljusår . De mest avlägsna objekten i HDF-regionen är inte synliga i Hubble-bilder och kan endast upptäckas i bilder tagna vid andra våglängder med markbaserade teleskop. [arton]
HDF-bilden innehåller ett stort antal oregelbundna galaxer . Man tror att jättelika elliptiska galaxer bildas i växelverkan mellan spiralgalaxer och oregelbundna galaxer. En omfattande uppsättning galaxer i olika stadier av deras utveckling har gjort det möjligt för astronomer att få ny information om processerna för stjärnbildning .
I många år har astronomer undrat över naturen hos mörk materia , vars massa inte kan detekteras, men som utgör cirka 23 % [19] av universums massa enligt observationer och beräkningar, samt mörk energi , som har ett undertryck och jämnt fyller hela universums utrymme . Mörk energi står för 72 % [19] av alla komponenter i universum.
En teori är att mörk materia kan bestå av massiva astrofysiska kompakta haloobjekt – svagt lysande massiva objekt som röda dvärgar i galaxernas yttre regioner. Denna teori stöddes inte av HDF-bilden; inga större antal röda dvärgar har hittats på den.
HDF är ett landmärke inom observationskosmologi , och hittills har mycket av detta område inte studerats. Sedan 1995 har många studier och observationer utförts med både markbaserade och rymdteleskop i ett brett spektrum av vågor: från radiovågor till röntgenstrålar. [18] [20]
Många objekt med hög rödförskjutning har upptäckts inom HDF-regionen med markbaserade teleskop, särskilt James Clerk Maxwell Telescope [ 1 ] . Den höga rödförskjutningen av dessa föremål gjorde det omöjligt att upptäcka dem i det synliga våglängdsområdet, och endast observationer vid andra våglängder (infraröda, submillimetervågor) gjorde det möjligt att göra det. [1] [6]
Observationer från det infraröda rymdobservatoriet ( ISO ) har upptäckt infraröd emission från 13 galaxer som är synliga i optiska bilder. Dessa galaxer innehåller en stor mängd "interstellärt stoft", som är förknippat med intensiv stjärnbildning. Radiobilder tagna med markbaserade instrument som VLA avslöjade 5 radiokällor [21] i HDF (ursprungligen 14 [22] men endast 5 kvar på grund av observationsfel), var och en motsvarande en galax i det synliga våglängdsområdet .
1998 skapades en bild som liknar HDF, men belägen på himlens södra halvklot - Hubble Deep Field South . Bilden skapades i analogi med HDF och samma metod. Den resulterande bilden visade sig vara mycket lik HDF, vilket bekräftar den kosmologiska principen , som talar om universums homogenitet i global skala.
| Hubble rymdteleskop | |
|---|---|
| Instrument ombord |
|
| Borttagna verktyg |
|
| skytteluppdrag |
|
| Anmärkningsvärda bilder (inom parentes är åren för datainsamling) |
|
| Relaterad | |