Hubbleův kosmický dalekohled: Astronomové Podíl 17 nejlepších fotografií vesmíru

V této speciální funkci jsme pozvali špičkové astronomy, aby si vybrali snímek z Hubbleova vesmírného teleskopu, který má pro ně nejvýznamnější vědecký význam. Snímky, které si vybraly, nejsou vždy pestré snímky, které naplňují nespočet „nejlepších“ galerií po celém internetu, ale spíše jejich dopad přichází ve vědeckých poznatcích, které odhalují.

Tanya Hill, muzeum Victoria

Mým nejoblíbenějším astronomickým objektem je mlhovina Orion - krásný a blízký oblak plynu, který aktivně tvoří hvězdy. Byl jsem středoškolský student, když jsem poprvé viděl mlhovinu přes malý dalekohled a dal mi takový pocit úspěchu, že jsem manuálně nasměrovaly dalekohled správným směrem, a po spravedlivém lovu jsem ho konečně sledoval. obloha (na tomto teleskopu nebylo žádné automatické tlačítko „go-to“).

Samozřejmě, to, co jsem viděl na té dlouhé noci, byl úžasně jemný a chlupatý oblak plynu v černé a bílé. Jednou z úžasných věcí, které Hubble dělá, je odhalit barvy vesmíru. A tento obraz mlhoviny Orion je naší nejlepší šancí si představit, jak by to vypadalo, kdybychom tam mohli jít a vidět to zblízka.

Tolik obrazů z HST se stalo ikonickými a pro mě je radost vidět, že její krásné obrazy spojují vědu a umění způsobem, který oslovuje veřejnost. Vstup do mé kanceláře má obrovskou kopii tohoto obrazu tapetovaného na zdi široké 4m a vysoké 2,5m. Můžu vám říci, že je to skvělý způsob, jak začít každý pracovní den.

Michael Brown, univerzita Monash

Dopad fragmentů komety Shoemaker Levy 9 s Jupiterem v červenci 1994 byl poprvé, kdy astronomové předem upozornili na planetární kolizi. Mnoho světových dalekohledů, včetně nedávno opraveného HST, obrátilo pohled na obrovskou planetu.

Havárie komet byla také moje první profesionální zkušenost pozorovací astronomie. Doufali jsme, že z mrazivé kopule na hoře Stromlo uvidíme Jupiterovy měsíce, které odrážejí světlo z fragmentů komety narážejících na druhou stranu Jupiteru. Bohužel jsme neviděli žádné záblesky světla z Jupiterových měsíců.

HST však měl úžasný a nečekaný pohled. Dopady na opačné straně Jupiteru produkovaly chomáče, které se zvedly tak daleko nad mraky Jupiteru, že se krátce při pohledu na Zemi.

Když se Jupiter otočil na své ose, objevily se obrovské tmavé jizvy. Každá jizva byla výsledkem dopadu fragmentu komety a některé jizvy měly větší průměr než náš měsíc. Pro astronomy po celém světě to byl pohled na čelist.

William Kurth, univerzita Iowy

Tento pár obrazů ukazuje velkolepou ultrafialovou aurorovou světelnou show, která se nachází v blízkosti severního pólu Saturn v roce 2013. Tyto dva snímky byly od sebe vzdáleny pouze 18 hodin, ale vykazují změny jasu a tvaru poledníků. Použili jsme tyto obrazy, abychom lépe pochopili, jaký dopad má sluneční vítr na polární záře.

Použili jsme Hubbleovy fotografie jako ty, které získali moji kolegové astronomů, aby sledovali polární záře při použití sondy Cassini na oběžné dráze kolem Saturnu, aby sledovali rádiové emise spojené se světly. Byli jsme schopni určit, že jas auror koreluje s vyššími intenzitami rádia.

Proto mohu použít Cassiniho nepřetržité rádiové pozorování, abych mi řekl, zda jsou auruurové aktivní, a to i v případě, že nemáme vždy k dispozici obrázky. To bylo velké úsilí, včetně mnoha vyšetřovatelů Cassini a astronomů na Zemi.

John Clarke, Boston University

Tento ultrafialový obraz Jupiterovy severní polární záře ukazuje neustálé zlepšování schopnosti vědeckých přístrojů HST. Snímky z kosmického dalekohledu Imaging Spectrograph (STIS) poprvé ukázaly celou škálu aurorálních emisí, které jsme právě začali chápat.

Dřívější kamera Wide Field Planetary Camera 2 (WFPC2) ukázala, že Jupiterovy aurorální emise rotovaly s planetou, místo aby byly fixovány směrem ke slunci, a tak se Jupiter nechoval jako Země.

Věděli jsme, že z mega-ampérových proudů proudících z Io podél magnetického pole dolů k Jupiteru jsou polární záře, ale my jsme si nebyli jisti, že by se to stalo s ostatními satelity. I když bylo mnoho ultrafialových obrazů Jupitera pořízených pomocí STIS, líbí se mi to, protože jasně ukazuje emise polární záře z magnetických stop Jupiterových měsíců Io, Europa a Ganymede a emise Io jasně ukazují výšku polární záclony. Pro mě to vypadá trojrozměrně.

Fred Watson, Australská astronomická observatoř

Podívejte se na tyto obrazy trpasličí planety Pluto, které ukazují detaily v krajním limitu schopností HST. O pár dní od nynějška budou starý klobouk a nikdo se na ně nebude obtěžovat.

Proč? Protože na začátku května bude kosmická loď New Horizons dostatečně blízko k Plutu, aby její kamery odhalily lepší detaily, jak se plavidlo blíží k 14. červenci.

Tato posloupnost obrazů, která pochází z počátku dvacátých let minulého století, dodala planetárním vědcům jejich nejlepší postřehy doposud, pestré barvy odhalující jemné variace povrchové chemie Pluta. Tato nažloutlá oblast vystupující například ve středu obrazu má přebytek zmrazeného oxidu uhelnatého. Proč by to mělo být neznámé.

Snímky z HST jsou o to pozoruhodnější, že Pluto je jen 2/3 průměru našeho vlastního měsíce, ale téměř 13 000 krát dále.

Chris Tinney, Univerzita Nového Jižního Walesu

Jednou jsem svou ženu odtáhl do své kanceláře, abych jí s hrdostí ukázal výsledky některých zobrazovacích pozorování provedených na anglo-australském dalekohledu s (pak) novým a pak nejmodernějším 8,192 x 8,192 pixel imagerem. Snímky byly tak velké, že musely být vytištěny na několika stranách A4 a pak se spojily, aby se vytvořila obrovská černobílá mapa shluku galaxií, které pokryly celou stěnu.

Byla jsem rozdrcená, když vzala jeden pohled a řekla: „Vypadá to jako plíseň.“

Což jen ukazuje, že nejlepší věda není vždy nejkrásnější.

Můj výběr největšího snímku z HST je další černobílý snímek z roku 2012, který také „vypadá jako forma“. Ale pohřben v srdci obrazu je zjevně pozoruhodná slabá tečka. Představuje však potvrzenou detekci nejchladnějšího příkladu objeveného hnědého trpaslíka. Objekt číhající méně než 10 parseků (32,6 světelných let) daleko od slunce s teplotou asi 350 Kelvinů (77 stupňů Celsia) - chladnější než šálek čaje!

A dodnes zůstává jedním z nejchladnějších kompaktních objektů, které jsme zjistili mimo naši sluneční soustavu.

Lucas Macri, Texas A&M University

V roce 2004 jsem byl součástí týmu, který používal nedávno instalovanou technologii Advanced Camera for Surveys (ACS) na HST, aby pozoroval malou oblast disku blízké spirální galaxie (Messier 106) při 12 různých příležitostech během 45 dnů. Tato pozorování nám umožnila objevit více než 200 proměnných Cepheid, které jsou velmi užitečné pro měření vzdáleností od galaxií a nakonec určují míru expanze vesmíru (vhodně pojmenovanou Hubbleovou konstantu).

Tato metoda vyžaduje řádnou kalibraci luminiscencí Cepheid, kterou lze provést v Messieru 106 díky velmi přesnému a přesnému odhadu vzdálenosti k této galaxii (24,8 milionu světelných let, dávat nebo brát 3%) získaného pomocí rádiových pozorování vody mraky obíhající kolem masivní černé díry v jejím středu (není součástí obrázku).

O několik let později jsem byl zapojen do dalšího projektu, který použil tato pozorování jako první krok v robustním žebříku kosmické vzdálenosti a určil hodnotu konstanty HST s celkovou nejistotou 3%.

Howard Bond, Pennsylvania státní univerzita

Jeden z obrazů, který mě nejvíce nadchl - i když se nikdy neslavil - byl náš první z ozvěn světla kolem podivné výbušné hvězdy V838 Monocerotis. Jeho erupce byla objevena v lednu 2002 a její světelná ozvěna byla objevena o měsíc později, a to jak z malých pozemních dalekohledů.

Ačkoliv světlo z výbuchu putuje přímo na Zemi, také jde ven na stranu, odráží se od okolního prachu a přichází na Zemi později, čímž vytváří „ozvěnu“.

Astronauti obsluhovali Hubble v březnu 2002, instalovali nový Advanced Camera for Surveys (ACS). V dubnu jsme byli jedním z prvních, kteří používali ACS pro vědecká pozorování.

Vždycky jsem si myslela, že NASA nějak věděla, že světlo z V838 je na cestě k nám od 20 000 světelných let daleko a že ACS je instalována právě včas! Obraz, i v jediné barvě, byl úžasný. Během následujícího desetiletí jsme získali mnoho dalších pozorování HST od ozvěny a jsou to jedny z nejpozoruhodnějších ze všech a velmi slavné, ale stále si pamatuju, že jsem byl první, když jsem viděl ten první.

Philip Kaaret, University of Iowa

Galaxie tvoří hvězdy. Některé z těchto hvězd končí svým „normálním“ životem tím, že se zhroutí do černých děr, ale pak začnou nové životy, jak mocní rentgenové zářiče poháněné plynem odsávají společnou hvězdu.

Získal jsem tento Hubbleův obraz (v červené barvě) galaxie Medusa, abych lépe porozuměl vztahu mezi černobílými rentgenovými binárkami a tvorbou hvězd. Výrazný vzhled Medúzy vzniká proto, že se jedná o kolizi mezi dvěma galaxiemi - „vlasy“ jsou zbytky jedné galaxie roztrhané gravitací druhé. Modrá na snímku ukazuje rentgenové snímky, zobrazované pomocí rentgenové observatoře Chandra. Modré tečky jsou černé díry.

Dřívější práce ukázaly, že počet rentgenových binárních souborů je jednoduše úměrný rychlosti, s jakou hostitelská galaxie tvoří hvězdy. Tyto obrazy Medúzy nám umožnily ukázat, že stejný vztah platí i ve středu galaktických kolizí.

Mike Eracleous, Pennsylvania State University

Některé snímky z kosmického dalekohledu Hubble Space Telescope, které mě velmi přitahují, ukazují interakci a slučování galaxií, jako jsou Antény (NGC 4038 a NGC 4039), Myši (NGC 4676), galaxie Cartwheel (ESO 350-40) a mnoho dalších bez přezdívek.

To jsou velkolepé příklady násilných událostí, které jsou běžné ve vývoji galaxií. Obrazy nám poskytují detailní detaily o tom, co se děje během těchto interakcí: zkreslení galaxií, směrování plynu do jejich center a vytváření hvězd.

Tyto obrazy považuji za velmi užitečné, když vysvětlím široké veřejnosti kontext mého vlastního výzkumu, narůstání plynu supermasivními černými otvory ve středech takových galaxií. Zvláště úhledné a užitečné je video, které sestavil Frank Summers na Institutu pro vesmírný teleskop (STScI), ilustrující to, co se učíme, porovnáním takových obrazů s modely kolizí galaxií.

Michael Drinkwater, University of Queensland

Naše nejlepší počítačové simulace nám říkají, že galaxie rostou kolizí a slučováním. Podobně naše teorie nám říkají, že když se srazí dvě spirální galaxie, měly by vytvořit velkou eliptickou galaxii. Ale ve skutečnosti je to úplně jiný příběh!

Tento krásný snímek z HST zachytil kolizi galaxií v akci. To nám neříká jen to, že naše předpovědi jsou dobré, ale umožňuje nám začít pracovat na detailech, protože nyní můžeme vidět, co se vlastně děje.

Když se plynová mračna srazí a ohromné ​​deformace probíhají, jak se spirálová ramena rozpadají, jsou tam ohňostroje nové formace hvězd. Máme před sebou dlouhou cestu, než zcela pochopíme, jak se tvoří velké galaxie, ale takovéto obrazy ukazují cestu.

Roberto Soria, ICRAR-Curtinova univerzita

Toto je pohled s nejvyšším rozlišením na kolimovaný proud poháněný supermasivní černou dírou v jádru galaxie M87 (největší galaxie v clusteru Panny, 55 milionů světelných let od nás).

Proud vystřelí z horké oblasti plazmy obklopující černou díru (vlevo nahoře) a můžeme vidět, že proudí dolů galaxií na vzdálenost 6 000 světelných let. Bílé / fialové světlo paprsku v tomto ohromujícím obraze je produkováno proudem elektronů spirálovitých kolem magnetických siločar při rychlosti přibližně 98% rychlosti světla.

Pochopení energetického rozpočtu černých děr je v astrofyzice náročný a fascinující problém. Když plyn spadne do černé díry, uvolní se obrovské množství energie ve formě viditelného světla, rentgenových paprsků a paprsků elektronů a pozitronů pohybujících se téměř rychlostí světla. S Hubbleem můžeme měřit velikost černé díry (tisíckrát větší než centrální černá díra naší galaxie), energii a rychlost jejího paprsku a strukturu magnetického pole, které jej kolimuje.

Jane Charltonová, Pennsylvania státní univerzita

Když byl můj návrh Hubblova kosmického dalekohledu přijat v roce 1998, byl to jeden z největších vzrušení mého života. Představit si, že by pro mě dalekohled zachytil Stephanův kvintet, ohromující kompaktní skupinu galaxií!

Během následujících miliard let budou galaxie Stephana Quinteta pokračovat ve svém majestátním tanci, vedeném vzájemnou gravitační přitažlivostí. Nakonec se spojí, změní své formy a nakonec se stanou jedním.

Od té doby jsme pozorovali několik dalších kompaktních skupin galaxií s HST, ale Stephanův kvintet bude vždy zvláštní, protože jeho plyn byl uvolněn z galaxií a rozsvítil se v dramatických záblescích mezigalaktické tvorby hvězd. Co je dobré být naživu v době, kdy můžeme stavět HST a tlačit naše mysli, aby jsme viděli význam těchto signálů z našeho vesmíru. Děkujeme všem hrdinům, kteří dělali a udržovali HST.

Geraint Lewis, University of Sydney

Když byl Hubble vypuštěn v roce 1990, začal jsem svůj Ph.D. studuje gravitační čočky, působení hmoty ohýbání cest světelných paprsků, jak se pohybují po celém vesmíru.

Snímek masivního galaxie galaxie, Abell 2218, Hubbleova kosmického snímku přibližuje tuto gravitační čočku do ostrého ohnisku a odhaluje, jak obrovské množství temné hmoty přítomné v klastru - hmotě, která váže mnoho stovek galaxií dohromady - mnohonásobně zvětšuje světlo ze zdrojů. vzdálený.

Když se díváte hluboko do obrazu, tyto vysoce zvětšené obrazy jsou zjevné jako dlouhé tenké pruhy, zkreslené pohledy na dětské galaxie, které by normálně nebylo možné detekovat.

Dává vám pauzu, když si myslíš, že takové gravitační čočky, působící jako přirozené teleskopy, používají gravitační tah z neviditelné hmoty k odhalení úžasných detailů vesmíru, které běžně nevidíme!

Rachel Websterová, univerzita Melbourne

Gravitační čočky jsou mimořádným projevem účinku hmoty na tvar kosmického času v našem vesmíru. Tam, kde je hmota, je prostor zakřivený, takže objekty, které jsou pozorovány v dálce, za těmito hmotnými strukturami, mají zkreslené obrazy.

Je to trochu jako přelud; toto je vlastně termín francouzské použití pro tento účinek. V počátcích Hubbleova kosmického dalekohledu se objevil obraz o efektu objektivu masivního shluku galaxií: drobné galaxie pozadí byly natažené a zkreslené, ale klastr, téměř jako ruce.

Byl jsem ohromený. To byl pocta mimořádnému rozlišení dalekohledu, které fungovalo vysoko nad zemskou atmosférou. Při pohledu ze země by byly tyto mimořádně tenké kousky galaktického světla rozmazané a nerozeznatelné od hluku pozadí.

Třída astrofyziky třetího ročníku zkoumala 100 vrcholných záběrů z Hubbla a byly ohromeny mimořádnými, ale pravdivými barvami oblaků plynu. Nemohu však projít obrazem, který zobrazuje účinek hmoty na samotnou strukturu našeho vesmíru.

Kim-Vy Tran, Texas A&M

S General Relativity, Einstein postuloval, že hmota mění časoprostor a může ohýbat světlo. Fascinujícím důsledkem je, že velmi masivní objekty ve vesmíru zvětší světlo ze vzdálených galaxií, v podstatě se stanou kosmickými teleskopy.

S Hubbleovým kosmickým teleskopem jsme nyní využili této silné schopnosti nahlédnout zpět v čase a hledat první galaxie.

Tento snímek HST ukazuje úl galaxií, které mají dostatek hmoty k ohnutí světla z velmi vzdálených galaxií do jasných oblouků. Mým prvním projektem jako postgraduálního studenta bylo studium těchto pozoruhodných objektů a ještě dnes používám HST ke zkoumání povahy galaxií napříč kosmickým časem.

Alan Duffy, Swinburne University of Technology

Pro lidské oko je noční obloha v tomto snímku zcela prázdná. Malá oblast, která není silnější než zrno rýže držené v délce paží. Kosmický dalekohled Hubble Space Telescope byl nasměrován na tuto oblast po dobu dvanácti dnů, nechal světlo dopadnout na detektory a pomalu, jeden po druhém, se objevily galaxie, dokud celý obraz nebyl naplněn 10 000 galaxiemi, které se táhly po celém vesmíru.

Nejvzdálenější jsou malé červené tečky desítky miliard světelných let daleko, které sahají až do doby několika set milionů let po Velkém třesku. Vědecká hodnota tohoto jediného obrazu je obrovská. Revoluce našich teorií jak o tom, jak by se mohly časné galaxie tvořit, tak o tom, jak rychle mohou růst. Historie našeho vesmíru, stejně jako bohatá paleta tvarů a velikostí galaxií, je obsažena v jediném snímku.

To, co opravdu dělá tento obraz neobyčejným, je podle mého názoru, že dává pohled do měřítka našeho viditelného vesmíru. Tolik galaxií v tak malém prostoru znamená, že na celé noční obloze je 100 tisíc milionů galaxií. Jedna celá galaxie pro každou hvězdu v naší Mléčné dráze!

James Bullock, University of California, Irvine

To je to, o čem je HST. Jediný, vzbuzující pohled může odhalovat tolik o našem vesmíru: jeho vzdálená minulost, jeho pokračující shromáždění, a dokonce i základní fyzikální zákony, které ho spojují dohromady.

Koukáme do srdce rojového shluku galaxií. Ty zářící bílé kuličky jsou obří galaxie, které dominovaly klastrovému centru. Podívejte se pozorně a uvidíte rozptýlené kousky bílého světla. Klastr se chová jako gravitační mixér a víří mnoho jednotlivých galaxií do jediného mraku hvězd.

Samotný klastr je však pouze první kapitolou vesmírného příběhu. Podívejte se na ty slabé modré kroužky a oblouky? To jsou zkreslené obrazy jiných galaxií, které sedí daleko v dálce.

Nesmírná gravitace klastru způsobuje, že se prostorový čas kolem ní deformuje. Když kolem nás přechází světlo ze vzdálených galaxií, je nuceno ohnout se do podivných tvarů, jako by pokřivené zvětšovací sklo deformovalo a rozjasnilo náš pohled na slabou svíčku. S využitím našeho chápání Einsteinovy ​​obecné relativity, Hubble používá klastr jako gravitační dalekohled, což nám umožňuje vidět dál a méně než kdy jindy možné. Hledíme daleko dozadu, abychom viděli galaxie, které byly před více než 13 miliardami let!

Jako teoretik chci pochopit celý životní cyklus galaxií - jak se rodí (malý, modrý, praskající s novými hvězdami), jak rostou, a nakonec, jak umírají (velké, červené, mizející se světlem starověkých) hvězd). Hubble nám umožňuje tyto fáze spojit. Některé z nejslabších, nejvzdálenějších galaxií v tomto obrazu jsou předurčeny stát se galaxiemi monster jako ty, které svítí bíle v popředí. Vidíme vzdálenou minulost a přítomnost v jediném nádherném snímku.

Tento článek byl původně publikován na The Conversation od Tanya Hill s přispívajícími autory 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 Brownová, Mike Eracleous, Philip Kaaret, Rachel Websterová, Roberto Soria a William Kurth. Přečtěte si originální článek zde.