Auch nach fast drei Jahrzehnten treuen Dienstes ist das Hubble-Weltraumteleskop weiterhin in Betrieb und liefert atemberaubende Bilder des Kosmos. Als einer der NASA Große Observatorien , seine Beobachtungen von fernen Galaxien, Exoplaneten und der Expansion des Universums hatten einen revolutionären Einfluss auf Astronomie, Astrophysik und Kosmologie.
Hubbles jüngster Beitrag kommt in Form eines Deep-Sky-Mosaikbildes, das aus 16-jährigen Beobachtungen erstellt wurde. Bekannt als ' Hubble Legacy-Feld “ wird dieses Mosaik als das größte und umfassendste „Geschichtsbuch“ der Galaxien bezeichnet. Alles in allem enthält es etwa 265.000 Galaxien, die nur 500 Millionen Jahre nach dem Urknall zurückreichen.
Fast 7.500 Einzelaufnahmen gingen in die Schaffung des Hubble Legacy Field ein, das ein umfassendes Porträt des fernen Universums liefert, das bis in die frühesten sichtbaren Zeiten zurückblickt. Dabei zeigt das Bild, wie sich Galaxien im Laufe der Zeit verändert haben und durch Verschmelzungen zu den riesigen Galaxien herangewachsen sind, die wir heute im Universum sehen. Dies bedeutet effektiv, dass in diesem einen Bild 13,3 Milliarden Jahre kosmischer Evolution aufgezeichnet wurden.
Dieses ehrgeizige Unterfangen umfasst die gemeinsame Arbeit von 31 Hubble-Programmen verschiedener Astronomenteams. Es beinhaltete auch Beobachtungen, die von mehreren Hubble-Deep-Field-Surveys gemacht wurden. Dazu gehören die Hubble Deep Field im Jahr 1995, die Great Observatories Origins Deep Survey (Waren) von 2003, die Hubble Ultra Deep Field von 2004 und die eXtreme Deep Field (XDF) von 2012, die bisher die tiefste Ansicht des Universums ist.
Wie Garth Illingworth, emeritierter Professor an der UCSC und Leiter des Teams, das das Bild zusammengestellt hat, kürzlich in einem NASA-Bericht sagte Pressemitteilung :
„Jetzt, da wir breiter aufgestellt sind als bei früheren Durchmusterungen, ernten wir viel weiter entfernte Galaxien im größten jemals produzierten Datensatz dieser Art. Kein Bild wird dieses übertreffen, bis zukünftige Weltraumteleskope wie James Webb nicht gestartet werden.“
Neben der Darstellung von Galaxien im sichtbaren Licht reicht der Wellenlängenbereich vom ultravioletten bis zum nahen Infrarotbereich des Spektrums. Dies ist in der modernen Astronomie und Kosmologie von entscheidender Bedeutung, da es ermöglicht, die wichtigsten Merkmale der Galaxienzusammenstellung sichtbar zu machen. Ein gutes Beispiel sind kosmischer Staub und kosmisches Gas, die nicht immer sichtbar sind, es sei denn, sie werden von nahen Sternen beleuchtet.
„Solch exquisite hochauflösende Messungen der zahlreichen Galaxien in diesem Katalog ermöglichen ein breites Spektrum extragalaktischer Studien“, sagte Katherine Whitaker, leitende Forscherin des Katalogs von der University of Connecticut in Storrs. „Oft haben solche Untersuchungen zu unerwarteten Entdeckungen geführt, die den größten Einfluss auf unser Verständnis der Galaxienentwicklung hatten.“
Vor etwa einem Jahrhundert beschrieb Edwin Hubble (nach dem das HST benannt ist) Galaxien als „Marker des Weltraums“. Zu dieser Zeit beobachtete er entfernte Galaxien und bemerkte, wie das Licht, das von den meisten von ihnen kam, in Richtung des roten Endes des Spektrums verschoben wurde – auch bekannt als. „rotverschoben“, was ein Hinweis darauf ist, dass sich astronomische Objekte von uns entfernen.
Diese Beobachtungen bestätigten eine Vorhersage von Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie – dass sich das Universum entweder in einem Zustand der Expansion oder Kontraktion befand. Nachfolgende Durchmusterungen haben Galaxien verwendet, um die Geschwindigkeit der kosmischen Expansion (bekannt als Hubble-Konstante) zu messen, die auch Hinweise auf die zugrunde liegende Physik des Kosmos liefert, wann chemische Elemente entstanden sind und wie unser Sonnensystem und unser Leben schließlich entstanden sind.
Dieser erweiterte Blick ist in dieser Hinsicht besonders hilfreich, da er etwa 30-mal so viele Galaxien enthält wie die vorherigen tiefen Felder. Das Legacy Field hat auch mehrere ungewöhnliche Objekte enthüllt, von denen viele die Überreste von Kollisionen und Verschmelzungen sind, die während des frühen Universums stattfanden – sogenannte galaktische „Zugwracks“.
Wie Sie sich vorstellen können, war der Zusammenbau dieses Bildes keine leichte Aufgabe. Als Dan Magee von der University of California, Santa Cruz, der Leiter der Datenverarbeitung des Teams, erklärt :
„Unser Ziel war es, alle 16-jährigen Aufnahmen zu einem Legacy-Bild zusammenzufügen. Zuvor waren die meisten dieser Expositionen nicht in einer konsistenten Weise zusammengestellt worden, die von jedem Forscher verwendet werden könnte. Astronomen können die gewünschten Daten im Legacy Field auswählen und sofort damit arbeiten, anstatt eine riesige Datenmenge reduzieren zu müssen, bevor sie wissenschaftliche Analysen durchführen.“
Obwohl es sich um das detaillierteste und umfangreichste Bild von Galaxien handelt, das jemals aufgenommen wurde, ist dieses neue Bild nur das erste in einer Reihe von Hubble-Legacy-Field-Bildern. Das Team arbeitet derzeit an einem weiteren Satz von Bildern, die insgesamt mehr als 5.200 Hubble-Aufnahmen umfassen, von einem anderen Himmelsbereich. Mit Blick auf die Zukunft hoffen Astronomen, den Multiwellenlängenbereich in den Altbildern zu erweitern, um noch mehr Daten über Galaxien aufzunehmen.
Dazu gehören längerwellige IR- und hochenergetische Röntgenbeobachtungen von zwei anderen großen NASA-Observatorien – dem Spitzer Weltraumteleskop und der Chandra-Röntgenobservatorium. Wie Teammitglied Rychard Bouwens von der Universität Leiden in den Niederlanden in der ESA sagte Pressemitteilung :
„Ein aufregender Aspekt dieser neuen Bilder ist die große Zahl empfindlicher Farbkanäle, die jetzt zur Verfügung stehen, um weit entfernte Galaxien zu sehen, insbesondere im ultravioletten Teil des Spektrums. Mit Bildern bei so vielen Frequenzen können wir das Licht von Galaxien in die Beiträge alter und junger Sterne sowie aktiver Galaxienkerne zerlegen.“
In der Zwischenzeit wird erwartet, dass kein Bild des Universums die Bilder des Hubble Legacy Field übertrifft, bis die Weltraumteleskope der nächsten Generation gestartet werden. Dazu gehören die James Webb Weltraumteleskop (JWST) und die Weitfeld-Infrarot-Weltraumteleskop (WFIRST), die beide über Instrumente verfügen, die eine verbesserte Auflösung und Empfindlichkeit gegenüberHubbleund ermöglichen so tiefergehende Erhebungen.
Hubble Legacy Field-Bild. Bildnachweis: NASA/ESA/G. Illingworth und D. Magee (UCSC), K. Whitaker (Universität Connecticut), R. Bouwens (Universität Leiden), P. Oesch (Universität Genf)/Hubble Legacy Field Team
Die große Anzahl von Galaxien im Legacy-Field-Bild sind auch Hauptziele für zukünftige Teleskope. Wie Illingworth in einer HubbleSite sagte Pressemitteilung :
„Wir haben dieses Mosaik als Werkzeug für uns und andere Astronomen zusammengestellt. Die Erwartung ist, dass diese Untersuchung in den kommenden Jahren zu einem noch kohärenteren, tieferen und besseren Verständnis der Entwicklung des Universums führen wird… Dies wird wirklich die Bühne für das geplante Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) der NASA bereiten. Das Legacy Field ist ein Pfadfinder für WFIRST, der ein Bild aufnimmt, das 100-mal größer ist als ein typisches Hubble-Foto. In nur drei Wochen der Beobachtungen von WFIRST werden Astronomen in der Lage sein, ein Feld aufzubauen, das viel tiefer und mehr als doppelt so groß ist wie das Hubble Legacy Field.“
Darüber hinaus sind die Abbildungsfähigkeiten des JWST im IR-Band (die über die Grenzen vonHubbleoderSpitzer) wird es Astronomen ermöglichen, viel tiefer in das Bild des Legacy Field einzudringen, um mehr darüber zu erfahren, wie junge Galaxien gewachsen sind. Die Bild (zusammen mit Einzelaufnahmen die in die Herstellung eingeflossen sind) ist erhältlich über die Mikulski-Archiv für Weltraumteleskope (MAST).
