Космическият телескоп "Хъбъл" е участник в редица важни научни открития през почти тридесетгодишния си престой в космоса. Затова днес ви представяме статията на астрофизика Итън Сийгъл, който отговаря на въпроса
"Докъде може да види "Хъбъл"?"
Космическият телескоп "Хъбъл" направи толкова много, че може някои да си помислят, че неговият поглед няма граници. В крайна сметка, онова, което изглежда тъмно, празно пространство, се осветява от светлината от хиляди и хиляди галактики, което води до заключението, че там горе в небето има стотици милиарди от тях.
Снимка: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee и P. Oesch , R. Bouwens и екипът на HUDF09
Всъщност някои от тези галактики са толкова бледи и далечни, че "Хъбъл" едва ги вижда. Но това, което може да ви изненада е, че има две причини, поради които "Хъбъл" е ограничен в това, което може да види, една очевидна и една по-скрита причина.
- Очевидно е, че само "Хъбъл" има огледало с диаметър само 2,4 метра, което означава, че може да събере само толкова светлина, колкото фотони може да събере. Дори и в продължение на 23 дни, най-дългото наблюдение на определена област, това му позволява да забележи на най-големите разстояния само много ярките галактики.
- Колкото по-далеч гледаме във Вселената, толкова в по-червена светлина ще се виждат обектите.
За някои случаи втората точка всъщност е нещо полезно.
Кредит: NASA, ESA, R. Bouwens and G. Illingworth (UC, Santa Cruz).
По-голямата част от светлината на най-младите, най-горещите и най-ярките звезди не е това, което хората възприемат като видима светлина - те излъчват всъщност в ултравиолетовия диапазон. И когато Вселената се разширява, а галактиките се отдалечават все по-далеч, тъканта на пространството се разширява заедно с тях.
Това означава, че фотоните, отделните кванти на светлината, които съществуват в това пространство-време - излъчени от далечните звезди и галактики по пътя си към нашите очи - също се отместват в червеното, техните дължини на вълните се разтеглят от разширяването на самата Вселена.
Когато видим ярка, далечна, червена галактика, можем да преценим какво е червеното ѝ отместване като разглеждаме относителните яркости на цветовете в синята, зелената, червената и (близката) инфрачервена светлина, но това е добре само за оценка. Ако искате да знаете истинското ѝ червено отместване - а оттам и разстоянието до нея използвайки закона на Хъбъл - трябва да измерите нещо по-точно.
За щастие, физиката на атомите и по-специално на атомните преходи, са еднакви навсякъде във Вселената. Ако може да измерите спектъра на емисионните линии (или абсорбцията, в зависимост от вида на галактиката), идващи от обекта, и да идентифицирате наличните елементи, можете да изчислите по много ясен начин:
- неговото червено преместване,
- разстоянието до него,
- и колко стара е била Вселената, когато е била излъчена светлината.
Кредит: Sloan Digital Sky Survey / Brian Wilhite, University of Chicago
И така, що се отнася до атомните преходи, най-силните, най-видими линии във всяка звезда или галактика са от водорода, преминаващи в ултравиолетовата (серия Лиман - Lyman series), видимата (серия Балмер - Balmer series) или инфрачервената (серия Пашен - Paschen series).
Но тези линии - и техните дължини на вълните - се изчисляват в останалата част от тези галактики. Тъй като Вселената се разширява, тези дължини на вълните се изместват значително. И най-силният и най-лесно разпознаваем преход, преходът Лиман-алфа, който обикновено се случва при 121.567 нанометра, може да се измести невероятно далеч.
Кредит: Потребителят на форума на Galaxy Zoo Budgieye.
Каква е формулата за това, каква ще бъде наблюдаваната дължина на вълната?
Вземете дължината на вълната спрямо отправна система в покой и я умножете по (1 + z), където z е червеното отместване на обекта. Над линията Лиман-алфа на почти 540 нанометра - зелената светлина - ни дава червено отместване надясно около 3.4, или разстояние от 22 милиарда светлинни години, със светлина, излъчвана от времето, когато Вселената е била само на 1.9 милиарда години или 13% от сегашната си възраст.
Сега филтрите на най-новата и най-голяма камера на „Хъбъл”, камерата WFC3 (Wide Field Camera 3) могат да осигурят до максимум от почти 1700 нанометра дължина на вълната.
Кредит: WFC3
Така че можем да предположим, въз основа на това, че теоретично можем да видим целия път до червеното отместване 12 или 13 и следователно до времето, когато Вселената е била само 3% от сегашната си възраст.
За съжаление, това се основава на предположението, че използваме такива инфрачервени филтри, а "Хъбъл" използва широкоентови филтри (за да събере максимално светлина), а най-дългите дължини на вълните са около 850 (около 900) нанометра.
Кредит: S. Beckwith et al., 2006.
За да се стигне колкото е възможно по-дълбоко, въпреки че не може да се получат обекти с еднаква разделителна способност или отслабване, както е при "Хъбъл" , астрономите използват специални инфрачервени космически телескопи като Spitzer.
Снимка: NASA / JPL-Caltech / STScI-ESA / Y. Ono (Univ. Of Tokyo) & B. Weiner.
Дълго време изглеждаше, че галактиката UDFj-39546284 е рекордьор, с поразително червено отместване от 11.9! Но, както може би се досещате, такава галактика би била напълно невидима за Хъбъл. Както показаха последващите наблюдения, е имало фалшиви емисионни линии от ниско-червено отместване, което смущава резултатите.
Но от днес имаме нов потвърден рекорд !
Снимка: NASA, ESA, P. Oesch (Yale U.), за екипа на CANDELS, чрез http://www.nasa.gov/feature/goddard/astronomers-set-a-new-galaxy-distance-record .
Това е галактиката EGS-zs8-1, с ново рекордно червено отместване от 7.7, най-високото потвърдено червено преместване за такава галактика. Когато светлината от тази галактика е излъчена, Вселената е била само на 660 милиона години,ч и в момента е на разстояние от 29 милиарда светлинни години, космически рекорд за най-далечната галактика, открита някога.
Такава галактика наистина изследва границата на това, което "Хъбъл" може да достигне. Серията Lyman не се променя, така че дори и да можем да получим други редове в серията (близо до лиминга Lyman), няма да преминем покрай червено отместване от 8 или 9 „Хъбъл”. Жалко, защото може да има галактики толкова далеч, колкото червено преместване от 15 или 20!
Но има надежда.
Кредит: НАСА / научен екип на JWST.
Докато "Хъбъл" се бори да стигне до дължини на вълните от един микрон, космическият телескоп „Джеймс Уеб” (JWST) ще стигне до около 30 микрона с по-добрата чувствителност досега, с по-добра резолюция и около шест пъти по-лек.
С малко късмет, ние ще можем, за първи път да открием не това, което е до границите на настоящата ни технология на телескопа, а да намерим най-отдалечените галактики, които Вселената може да предложи.
Колкото и да е Хъбъл, той има своите граници по своята същност. Но докато се появи радиоастрономия с дълги дължини на вълните , JWST е начинът, по който ще намерим най-отдалечените галактики и как ще можем да започнем да го правим само за три години.
Кредит: екип на НАСА / JWST
Още малко трябва да почакаме и ще се повдигне последния воал на непознатото във видимата Вселена. Време е.
