Когда в 1990 году впервые был запущен космический телескоп «Хаббл», мы многого не знали. Вот как далеко мы продвинулись.
Ключевые выводы
- Когда 24 апреля 1990 года был запущен космический телескоп Хаббла, мы еще многого не знали о Вселенной.
- Мы никогда не видели маленьких галактик, экзопланет, не знали о темной энергии и имели 100%-ную неопределенность в том, как быстро расширяется Вселенная.
- За последние 32 года мы так много открыли и открыли. Удивительно, но во многих отношениях путешествие к началу Вселенной только начинается.
24 апреля 1990 года НАСА запустило космический телескоп Хаббл на орбиту Земли.
На этой фотографии показан запуск космического телескопа Хаббл 25 апреля 1990 года, через день после его запуска. Это было сделано камерой грузового отсека IMAX (ICBC), установленной на борту космического корабля "Дискавери". Он работает уже 32 года и не обслуживался с 2009 года. С зеркалом диаметром 2,4 метра он собирает за 1 минуту столько света, сколько 160-мм телескопу потребовалось бы 3 часа 45 минут, чтобы собирать.
Изначально недостаток оптики приводил к неутешительно размытым изображениям.
Разница до и после между исходным изображением Хаббла (слева) с дефектами зеркала и исправленными изображениями (справа) после применения надлежащей оптики. Первая сервисная миссия в 1993 году вывела истинную мощь Хаббла на передний край астрономии, где она и остается с тех пор.
Но последующие миссии по обслуживанию превратили Хаббл в легендарную обсерваторию, которую мы все знаем.
Плутон, изображенный Хабблом в составной мозаике, вместе с его пятью спутниками. Харон, самый большой из них, должен быть изображен с Плутоном в совершенно другом фильтре из-за их яркости. Четыре меньших спутника вращаются вокруг этой двойной системы с в 1000 раз большим временем экспозиции, чтобы вывести их наружу. Nix и Hydra были обнаружены в 2005 году, Kerberos - в 2011 году, а Styx - в 2012 году.
Поскольку он показал нам Вселенную, мы ответили на многие из наших самых глубоких вопросов.
Эта область глубокого поля поля ТОВАРЫ-Юг содержит 18 галактик, образующих звезды так быстро, что количество звезд внутри удвоится всего за 10 миллионов лет: всего 0.1% времени жизни Вселенной. Самые глубокие взгляды на Вселенную, открытые Хабблом, возвращают нас в раннюю историю Вселенной, когда звездообразование было намного больше, и во времена, когда большинство звезд во Вселенной еще даже не сформировались.
Мы не знали, что находится там, в самых глубоких глубинах космоса.
Компьютер Hubble eXtreme Deep Field (XDF) мог наблюдать участок неба всего лишь 1/32 000 000 от общего количества, но смог обнаружить в нем колоссальные 5 500 галактик: по оценкам, 10% от общего числа галактик, фактически содержащихся в этом срезе в виде карандашного луча. Остальные 90% галактик либо слишком тусклые, либо слишком красные, либо слишком затемненные, чтобы Хаббл мог их обнаружить, но когда мы экстраполируем на всю наблюдаемую Вселенную, мы ожидаем получить в общей сложности около 2 триллионов галактик.
Мы никогда раньше не видели младенческой галактики.
Только потому, что эта далекая галактика GN-z11 находится в области, где межгалактическая среда в основном реионизирована, Хаббл может открыть ее нам в настоящее время. Чтобы увидеть дальше, нам нужна лучшая обсерватория, оптимизированная для таких видов обнаружения, чем Хаббл. Хотя галактика кажется очень красной, это происходит только из-за эффекта красного смещения расширяющейся Вселенной. Сама по себе галактика очень синяя. Другие кандидаты в галактики с большим красным смещением еще не подтверждены спектроскопически.
У нас не было известных случаев обращения планет вокруг других звезд, кроме Солнца.
Комбинация данных Subaru (красное изображение) и данных Хаббла (синее изображение) показывает присутствие экзопланеты на расстоянии 93 астрономических единиц (где 1 а.е. - расстояние от Земли до Солнца) от ее родительская звезда. Светимость массивного объекта указывает на отраженное звездное излучение, а не на беспрепятственное прямое излучение, в то время как отсутствие поляризационного сигнала наводит на мысль о сценарии формирования, отличном от аккреции ядра. Это одна из более чем 5000 известных в настоящее время экзопланет.
Мы не знали, возраст Вселенной 10 миллиардов или 16 миллиардов лет.
Свет любой галактики, излученной после начала горячего Большого взрыва 13,8 миллиарда лет назад, достиг бы нас к сегодняшнему дню, если в настоящее время он находится в пределах примерно 46,1 миллиарда световых лет. Но свет от самых ранних, самых далеких галактик будет блокирован промежуточным веществом и смещен в красную сторону расширяющейся Вселенной. Оба представляют собой серьезные проблемы с обнаружением, поэтому Хаббл не мог видеть больше, чем красное смещение 11, даже при самых счастливых обстоятельствах. JWST уже побил этот рекорд.
Мы не знали, расширяется ли пространство со скоростью 50 или 100 км/с/Мпк.
Хотя есть много аспектов нашего космоса, с которыми согласны все наборы данных, скорость, с которой Вселенная расширяется, не является одним из них. Основываясь только на данных о сверхновых, мы можем сделать вывод о скорости расширения ~73 км/с/Мпк, но сверхновые не исследуют первые ~3 миллиарда лет нашей космической истории. Если мы включим данные космического микроволнового фона, который сам излучался очень близко к Большому Взрыву, то на данный момент времени существуют непримиримые различия, но только на уровне <10%!
Мы не знали, была ли темная материя горячей, теплой или холодной, и сколько ее было.
Рентгеновские (розовые) и общие материальные (синие) карты различных сталкивающихся галактических скоплений показывают четкое разделение между обычной материей и гравитационными эффектами, что является одним из самых убедительных доказательств существования темной материи. Рентгеновское излучение бывает двух видов: мягкое (с более низкой энергией) и жесткое (с более высокой энергией), где столкновения галактик могут создавать температуры, превышающие несколько сотен тысяч градусов. Между тем, тот факт, что гравитационные эффекты (выделены синим цветом) смещены от места нахождения массы нормальной материи (розовый цвет), показывает, что темная материя должна присутствовать.
Мы не знали о существовании темной энергии или о судьбе Вселенной.
Впечатляюще огромное скопление галактик MACS J1149.5+223, свет от которого дошел до нас более 5 миллиардов лет, является одной из крупнейших связанных структур во всей Вселенной. В более крупных масштабах близлежащие галактики, группы и скопления могут показаться связанными с ним, но они отталкиваются от этого скопления из-за темной энергии; сверхскопления - это только кажущиеся структуры, но самые большие связанные скопления галактик могут достигать размеров сотен миллионов и, возможно, даже миллиардов световых лет.
Мы даже не знали, существуют ли черные дыры на самом деле.
Этот крошечный кусочек глубокого поля GOODS-N, полученный многими обсерваториями, включая Хаббл, Спитцер, Чандра, XMM-Ньютон, Гершель, VLT и другими, содержит, казалось бы, ничем не примечательную красную точку. Этот объект, гибрид квазара и галактики, возникший всего через 730 миллионов лет после Большого взрыва, может стать ключом к разгадке тайны эволюции галактики и черной дыры. Доказательства физического существования и вездесущности черных дыр, когда-то спекулятивные, теперь неопровержимы.
После 32 лет эксплуатации Хаббла на эти и другие вопросы были даны окончательные ответы.
На фотографиях в видимом и ближнем ИК-диапазоне, сделанных Хабблом, видна массивная звезда, примерно в 25 раз превышающая массу Солнца, которая прекратила свое существование без сверхновой или какого-либо другого объяснения. Прямой коллапс является единственным разумным возможным объяснением и одним из известных способов, помимо слияния сверхновых или нейтронных звезд, впервые сформировать черную дыру.
Границы отодвинулись, и теперь мы пытаемся ответить на дополнительные вопросы.
На этом сравнительном изображении данные Хаббла показаны фиолетовым цветом, а данные ALMA, показывающие пыль и холодный газ (которые сами по себе указывают на потенциал звездообразования), наложены оранжевым цветом. Ясно, что ALMA показывает не только особенности и детали, которые Хаббл не может увидеть, но иногда показывает присутствие объектов, которые Хаббл вообще не может видеть. Собрав данные JWST, мы могли бы определить, предшествуют ли черные дыры появлению самих звезд и галактик.
Спасибо, Хаббл, и пусть ALMA, JWST и другие постоянно продвигают наш бесконечный поиск знаний.
Самое первое изображение с тонкой фазировкой, когда-либо опубликованное космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА, показывает одиночное изображение звезды с шестью заметными дифракционными всплесками (и двумя менее заметными), со звездами на заднем плане и галактики, обнаруженные за ним. Фоновые галактики стали неожиданностью для астрономов; JWST визуализирует Вселенную с точностью примерно в два раза выше, чем было предусмотрено его дизайном. Даже такие изображения, изначально не предназначенные для научных целей, могут оказаться полезными для астрономов, изучающих Вселенную как уникальный и неожиданный источник данных.
Mostly Mute Monday рассказывает астрономическую историю с помощью изображений, визуальных эффектов и не более 200 слов. Меньше болтай; улыбайся больше.