Hubblen Ultra Deep Field (HUDF) – ultrasyvä kuva 13 miljardin vuoden takaa
Hubble Ultra Deep Field eli HUDF on kuva pienestä osasta avaruutta Fornaxin tähdistön suunnassa.
Kuvan ottaminen kesti yli kolme kuukautta, 24. syyskuuta 2003 ja 16. tammikuuta 2004 välisenä aikana. Se on kaukaisin kuva maailmankaikkeudesta, jonka ihminen on koskaan ottanut. Siinä näemme maailmankaikkeuden sellaisena kuin se oli 13 miljardia vuotta sitten, jolloin se oli noin 800 miljoonaa vuotta vanha.
HUDF sisältää noin 10 000 galaksia. Taivaan alue, jossa galaksit ovat, valittiin, koska siellä on vain vähän kirkkaita tähtiä lähikentässä. Vaikka useimmat Hubble-kuvassa näkyvät kohteet voidaan nähdä myös infrapuna-aallonpituuksilla maanpäällisillä teleskoopeilla, Hubble on ainoa instrumentti, joka voi tehdä havaintoja näistä kaukaisista kohteista näkyvillä aallonpituuksilla.
Orionin lounaispuolella eteläisen pallonpuoliskon Fornaxin tähdistössä, oikeassa nousussa 3h 32m 40.0s, deklinaatiossa -27° 47' 29" (J2000), kuva kattaa 36.7 neliökaariminuuttia. Tämä on pienempi kuin 1 x 1 millimetrin (0,039 x 0,039 tuuman) kokoinen paperineliö, jota pidetään 1 metrin etäisyydellä, ja vastaa noin yhtä kolmentoista miljoonasosaa taivaan kokonaispinta-alasta. Kuva on sellainen, että sen vasen yläkulma osoittaa taivaanpallon pohjoiseen (-46,4°). Kentän keskipisteen lähellä oleva tähti on USNO-A2.0 0600-01400432, jonka näennäinen magnitudi on 18,95.
Kuvaan tarvittiin yhteensä 800 valotusta, jotka otettiin 400 Hubble-kierroksen aikana Maan ympäri. Valotusaika oli yhteensä 11,3 päivää ACS:n osalta ja 4,5 päivää NICMOS:n osalta.
Miksi HUDF on merkittävä?
HUDF on mullistanut käsityksemme varhaisesta maailmankaikkeudesta ja galaksien synnystä. Sen ansiosta astronomit ovat voineet tutkia hyvin himmeitä ja kaukaisia galakseja, joiden valo on kulkenut lähes koko maailmankaikkeuden iän. Tämänkaltaiset ultrasyvät kuvat antavat tietoa muun muassa galaksien muodoista, tähdenmuodostuksen nopeuksista sekä galaksien kehittymisestä ajan kuluessa.
Tekniset yksityiskohdat ja instrumentit
HUDF-havainnot tehtiin pääasiassa Hubble-avaruusteleskoopin kahdella instrumentilla:
- ACS (Advanced Camera for Surveys) — vastasi suurimmasta osasta näkyvän valon havaintoja ja antoi korkean resoluution optisen kuvan. ACS-valaistuksessa käytettiin useita suodattimia, joiden yhdistelmä paljasti galaksien rakenteita eri aallonpituuksilla.
- NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer) — mahdollisti lähitulevaisuuden tähtien ja hyvin punasiirtymälähtöisten galaksien havaitsemisen infrapuna-alueella, minkä ansiosta pystyttiin tavoittamaan vielä kaukaisemman menneisyyden kohteita.
Myöhemmin HUDF:stä on tehty jatkohavaintoja ja yhdistelmiä (mm. WFC3-instrumentin myötä), jotka ovat syventäneet kuvaa ja pidentäneet aistimuksen aaltoa kohti infrapunaa. Näitä laajennuksia kutsutaan usein nimillä HUDF09, HUDF12 ja eXtreme Deep Field (XDF), ja ne ovat tuoneet esiin vielä himmeämpiä ja sitä kautta kaukaisempia galakseja.
Mitä HUDF opetti galakseista ja maailmankaikkeuden alkuvaiheista?
HUDF-kuvien avulla on löydetty galakseja, jotka ovat syntyneet vain muutaman sadan miljoonan vuoden kuluttua alkuräjähdyksestä. Monet näistä varhaisista galakseista ovat pieniä, epäsäännöllisiä ja aktiivisia tähtienmuodostuksessa. Näiden havaintojen perusteella on pystytty rakentamaan malleja galaksien kasvusta ja yhdistymisestä sekä arvioimaan, miten nopeasti varhaiset galaksit pystyivät muodostamaan tähtiä.
Seuranta ja tulevaisuus
HUDF on toiminut lähtökohtana monille seurantaohjelmille eri aallonpituuksilla, mukaan lukien havaintoja suurilla maapohjaisilla teleskoopeilla ja myöhemmin ESA:n ja NASA:n seuraavilla avaruusteleskoopeilla. Erityisesti James Webb -avaruusteleskoopin (JWST) korkean herkkyyden infrapunaominaisuudet lupaavat avata uusia näkymiä HUDF-tyyppisiin kenttiin ja paljastaa entistä himmeämpiä varhaisen maailmankaikkeuden kohteita.
HUDF on ollut ja on yhä yksi tähtitieteen tärkeimmistä ikkunnoista kosmiseen menneisyyteen — se näyttää, kuinka paljon tietoa yhden pienen taivaanalueen perusteellinen ja pitkäaikainen tarkkailu voi tarjota.
ABYSS WFC3/IR Hubble Ultra Deep Field -kuva (24. tammikuuta 2019).
Tämä HUDF:n korkearesoluutioinen kuva sisältää eri ikäisiä, kokoisia, muotoisia ja värisiä galakseja. Pienimmät ja punaisimmat galaksit, noin 100, ovat kaukaisimpia Hubblen kuvaamia galakseja, jotka ovat olleet olemassa, kun maailmankaikkeus oli vain 800 miljoonaa vuotta vanha.
Hubble Ultra Deep Fieldin sijainti yötaivaalla.
Myöhemmät versiot
Syyskuun 25. päivänä 2012 NASA julkisti Ultra-Deep Fieldin tarkemman version nimeltä eXtreme Deep Field (XDF). XDF paljastaa galakseja, jotka ulottuvat 13,2 miljardia vuotta taaksepäin, ja se paljastaa galaksin, jonka oletetaan muodostuneen vain 450 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. NASA julkaisi 3. kesäkuuta 2014 Hubble Ultra-Deep Field -kuvauksen, joka koostuu ensimmäistä kertaa koko ultraviolettivalon alueesta lähi-infrapunaiseen valoon.
23. tammikuuta 2019 Instituto de Astrofísica de Canarias julkaisi entistäkin syvemmän version Hubble Ultra Deep Fieldin infrapunakuvista, jotka on saatu WFC3-instrumentilla ja jotka on nimetty ABYSS Hubble Ultra Deep Fieldiksi. Uudet kuvat parantavat WFC3/IR-kuvien aiempaa pelkistämistä, mukaan lukien huolellinen taivaan taustan poisto näkökentän suurimpien galaksien ympäriltä. Tämän päivityksen jälkeen joidenkin galaksien havaittiin olevan lähes kaksi kertaa suurempia kuin aiemmin mitatut.
Aiheeseen liittyvät sivut
Kysymyksiä ja vastauksia
Q: Mikä on Hubble Ultra Deep Field?
V: Hubble Ultra Deep Field eli HUDF on kuva pienestä avaruuden osasta Fornaxin tähdistön suunnassa. Se on kaukaisin kuva maailmankaikkeudesta, jonka ihminen on koskaan ottanut.
K: Kuinka kauan tämän kuvan ottaminen kesti?
V: Kuvan ottaminen kesti yli kolme kuukautta, 24. syyskuuta 2003 ja 16. tammikuuta 2004 välisenä aikana.
K: Kuinka vanha maailmankaikkeus oli tämän kuvan ottohetkellä?
V: Kun tämä kuva otettiin, maailmankaikkeus oli noin 800 miljoonaa vuotta vanha.
K: Kuinka monta galaksia näkyy Hubble Ultra Deep Fieldissä?
V: HUDF sisältää noin 10 000 galaksia.
K: Missä on se taivaanpala, jossa nämä galaksit sijaitsevat?
V: Taivaanlaikku, jossa nämä galaksit sijaitsevat, on Orionin lounaispuolella eteläisen pallonpuoliskon Fornaxin tähdistössä oikeassa taivaannousussa 3h 32m 40.0s ja deklinaatiossa -27° 47' 29" (J2000).
Kysymys: Kuinka suuri tämä taivaankappale on verrattuna metrin etäisyydellä olevaan 1 x 1 millimetrin kokoiseen neliönmuotoiseen paperinpalaan?
V: Tämä laikku kattaa 36,7 neliökaariminuuttia, mikä on pienempi kuin metrin etäisyydellä oleva neliönmuotoinen 1 x 1 millimetrin kokoinen paperinpala ja vastaa noin yhtä kolmentoista miljoonasosaa taivaan kokonaispinta-alasta.
Kysymys: Kuinka paljon valotusaikaa ACS- ja NICMOS-kamerat yhdessä tarvitsivat?
V: ACS- ja NICMOS-kameroiden yhteenlaskettu valotusaika oli 11,3 päivää ACS:n osalta ja 4,5 päivää NICMOS:n osalta.
