Hubble Ultra-Deep Field (HUDF): sügavvaade varajastesse galaktikatesse

Hubble Ultra Deep Field ehk HUDF on sügavkaader väikesest taevapiirkonnast kosmosest Fornaxi tähtkuju suunas. See pilt on mõeldud näitama üliväikeses vaateväljas olevaid äärmiselt nõrku ja kaugeid galaktikaid, andes vaatlusi universumi varajaste etappide kohta.

Pildi jäädvustamiseks kasutati Hubble’i kosmoseteleskoopi 24. septembrist 2003 kuni 16. jaanuarini 2004 — kokku rohkem kui kolm kuud. Kokku tehti 800 üksikupvõtet, mis hajutati umbes 400 Hubble’i ümber Maa tiirlemise ajale. Erinevate instrumentide panus oli järgmine: ACSI (Advanced Camera for Surveys) jaoks kogunes umbes 11,3 päeva andmevõtteid ja NICMOSi (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer) jaoks umbes 4,5 päeva.

HUDF on erakordselt sügav: sellel on nähtav umbes 10 000 galaktikat, sh väga nõrgad ja kauged objektid, mis annavad pilgu universumi varajastesse staadiumitesse. Pildil nähtav universum vastab ligikaudu olukorrale umbes 13 miljardit aastat tagasi, kui universum oli vaid umbes 800 miljonit aastat vana — see tähendab, et mõnede leitud galaktikate valgus on teekonnal kosmosesse olnud peaaegu kogu universumi vanuse.

Valitud vaateväli asub Orionist edelas, lõunapoolkera tähtkujus Fornax; selle keskkordse koordinaadid on parempoolne tõus 3h 32m 40.0s ja deklinatsioon -27° 47' 29" (J2000). Kujutis hõlmab originaaltekstis nimetatud pindala ning on nähtavuna väga väike — näiteks väiksem kui 1 × 1 millimeetri suurune ruut, mida hoitakse 1 meetri kaugusel — ehk vaid murdosa kogu taeva pindalast. Välja keskme lähedal asuv tähis on USNO-A2.0 0600-01400432, mille näiline heledus on 18,95.

Miks HUDF on oluline

Galaktikate varajane areng: HUDF võimaldas uurida, kuidas varajased galaktikad välja nägid ja kuidas nad kasvasid — paljud esimesed leitud objektid olid väikesed, klompunud ja intensiivse tähetekke allikad.
Reionisatsiooni uurimine: sügavad Hubble’i vaatlused aitasid piiritleda ajavahemikku, mil universum läks ühest tolmuse, neutraalse oleku faasist taas ioniseeritud olekusse (reionisatsioon), ning leida kandidaate väga suure punanihedusega galaktikate hulgas.
Fotomeetrilised punaniheduse hinnangud: mitmes eri lainepikkuse filtris tehtud pildid võimaldavad määrata galaktikate punanihete (redshift) hinnangulisi väärtusi, mis omakorda annavad vanuse- ja kaugusehinnanguid.
Võrdlus maapealsete vaatlustega: kuigi paljusid HUDF-is leitud nõrku sihtmärke saab maapealsete teleskoopidega vaadelda ka infrapunasel lainepikkusel, on Hubble ainulaadne selles, et ta suudab neid väga nõrku ja kaugemaid objekte vaadelda nähtaval (optilisel) lainepikkusel ilma atmosfäärist põhjustatud hägususeta.

Tehnika ja meetodid

HUDF oli kombinatsioon tuhandetest lühikestest ekspositsioonidest, mis hiljem kombineeriti, et tõsta signaali ja tuua välja väga nõrgad objektid. Pildi sügavus saavutati tänu pikaaegsele vaatlusajale, rangetele kalibreerimistele ja piltide kombineerimisele, mis eemaldavad kosmilised kiired ja teised häired. Erinevad filtrid katavad optilise ja lähisinfrapuna spektriosa, mis annab võimaluse eristada objekti varasemaid ja hilisemaid staadiume ning mõõta fotomeetrilisi punaniheteid.

Järglased ja tulevased vaatlusprogrammid

HUDF andis aluse mitmetele järgnevale sügavatele Hubble’i programmidel (nt HUDF09 ja HUDF12), kus kasutati uute instrumentide ja filtrite võimalusi (nagu Hubble’i WFC3/IR) ning leiti veelgi kaugemaid galaktikakandidaate. Need järgnevad vaatlused on aidanud tõsta huvi ja ettevalmistusi tulevaste ruumiteteleskoopide, näiteks James Webb’i teleskoobi (JWST), sügavate vaatlustööde jaoks.

HUDF on nii teaduslikult kui ka visuaalselt üks kõige mõjukamaid kosmosepilte — see on muutnud meie arusaama galaktikate tekkest ja universumi varajasest arengust ning andnud rikkaliku andmestiku lugematutele teadusartiklitele ja edasistele uuringutele.

ABYSS WFC3/IR Hubble Ultra Deep Field pilt (24. jaanuar 2019)

See HUDFi kõrgresolutsiooniline pilt sisaldab erineva vanuse, suuruse, kuju ja värvusega galaktikaid. Väikseimad, punaseimad galaktikad, umbes 100, on ühed kõige kaugemad galaktikad, mida Hubble on pildistanud ja mis eksisteerisid siis, kui universum oli vaid 800 miljonit aastat vana.

Hubble Ultra Deep Fieldi asukoht öises taevas.

Hilisemad versioonid

25. septembril 2012 avaldas NASA ultrasügavuse välja täiustatud versiooni, mida nimetatakse eXtreme Deep Field (XDF). XDF näitab galaktikaid, mis ulatuvad 13,2 miljardi aasta taha, paljastades galaktika, mis arvatavasti tekkis alles 450 miljonit aastat pärast suure paugu sündmust. 3. juunil 2014 avaldas NASA Hubble'i ultrasügavusvälja pildi, mis koosneb esmakordselt kogu ultraviolett- kuni lähiinfrapunase valguse vahemikust.

23. jaanuaril 2019 avaldas Instituto de Astrofísica de Canarias veelgi sügavama versiooni Hubble'i ülisügava välja WFC3-instrumendiga saadud infrapunakujutistest, mis kandis nime ABYSS Hubble'i ülisügavale väljale (ABYSS Hubble Ultra Deep Field). Uued pildid parandavad varasemat WFC3/IR-piltide vähendamist, sealhulgas hoolikat taeva tausta eemaldamist vaatevälja kõige suuremate galaktikate ümber. Pärast seda ajakohastamist leiti, et mõned galaktikad on peaaegu kaks korda suuremad kui varem mõõdetud.

Seotud leheküljed

Küsimused ja vastused

K: Mis on Hubble'i ultrasügavusvälja?

V: Hubble Ultra Deep Field ehk HUDF on pilt väikesest osast kosmosest Fornaxi tähtkuju suunas. See on kõige kaugem pilt universumist, mida inimesed on kunagi teinud.

K: Kui kaua võttis selle pildi jäädvustamine aega?

V: Selle pildi jäädvustamiseks kulus rohkem kui 3 kuud, 24. septembrist 2003 kuni 16. jaanuarini 2004.

K: Kui vana oli universum selle pildi tegemise ajal?

V: Selle pildi tegemise ajal oli universum umbes 800 miljonit aastat vana.

K: Kui palju galaktikaid on Hubble'i ülisügaval väljal näha?

V: HUDF sisaldab umbes 10 000 galaktikat.

K: Kus on see taevalaik, kus need galaktikad asuvad?

V: See taevalaik, kus need galaktikad asuvad, asub Orionist edelas, lõunapoolkera tähtkujus Fornax, paremal tõusul 3h 32m 40.0s ja deklinatsioonil -27° 47' 29" (J2000).

Küsimus: Kui suur on see taevalaik võrreldes ühe meetri kaugusel hoitava 1 × 1 millimeetri suuruse ruudukujulise paberitükiga?

V: See laik katab 36,7 ruutkaareminutit, mis on väiksem kui 1 meetri kaugusel hoitav 1 x 1 millimeetrine (0,039 x 0,039 in) ruudukujuline paberitükk ja võrdub umbes ühe kolmeteistmiljonilise osa taevalaotuse kogupindalast.

K: Kui palju ekspositsiooniaega vajasid nii ACS- kui ka NICMOS-kaamerad kokku?

V: Nii ACS- kui ka NICMOS-kaamerate jaoks kokku kulus 11,3 päeva ACS-i puhul ja 4,5 päeva NICMOS-i puhul.