Почему Хаббл не видит самые первые галактики


Впечатляюще огромное скопление галактик MACS J1149.5+223, свету которого потребовалось более 5 млрд лет для того, чтобы дойти до нас, было целью одной из программ серии Hubble Frontier Fields [осмотр рубежей Хабблом]. Этот массивный объект действует как гравитационная линза для объектов, расположенных за ним, вытягивая и увеличивая их изображение, что позволяет нам заглядывать в самую глушь космоса, находящуюся в относительно пустом регионе.

Даже мощнейший телескоп в истории человечества, космический телескоп им. Хаббла, не способен увидеть всё.


Изображение, полученное НАСА/ЕКА, демонстрирует массивное галактическое скопление PLCK_G308.3-20.2, ярко светящееся в темноте. Его обнаружила спутниковая обсерватория Планк благодаря эффекту Сюняева-Зельдовича – искажению реликтового излучения в направлении на галактическое скопление, происходящему из-за высокоэнергетических электронов, содержащихся в находящемся между скоплениями газе. Крупная галактика в центре – ярчайшая в скоплении, и над ней видна тонкая, искривлённая арка гравитационного линзирования. Вот так выглядят огромные участки удалённой Вселенной.

Все наиболее удалённые от нас галактики обнаружены Хабблом, но вряд ли он сможет заглянуть дальше.


Различные эксперименты с долгой экспозицией, например, Hubble eXtreme Deep Field, представленная на фото, открыли нам тысячи галактик, находящихся в объёме, представляющем малую долю миллионной части неба. Но даже при всей мощи Хаббла и всём увеличении гравитационного линзирования всё равно остаются галактики, находящиеся за пределами возможностей наших наблюдений.

Наблюдая тёмные и пустые участки неба, мы можем обнаруживать древние галактики без влияния на наши наблюдения близлежащих объектов.


Чрезмерно яркие галактики, находящиеся в скоплении Abell S1063, расположенном ближе к нам и показанном на фото, затрудняют использование гравитационного линзирования для поиска очень тусклых и очень далёких галактик, расположенных дальше от нас. Но учёные, использующие Хаббл, готовы к таким вызовам.

При наличии удалённых галактических скоплений эти массивные гравитационные комки ведут себя как увеличительные стёкла.


Кандидат на изучение MACS0647-JD, виден в увеличенном изображении и сразу в трёх местах, всё благодаря невероятной гравитационной линзе находящегося на переднем крае скопления MACS J0647.

Свет наиболее удалённых из наблюдаемых нами галактик изгибается, искажается и усиливается по пути к нам.


Самые мелкие, тусклые и далёкие галактики, обнаруженные в самом глубоком из когда-либо полученных Хабблом изображений. В исследовании от 2017 года этот рекорд побили на два порядка, и всё благодаря более сильным гравитационным линзам.

Хаббл обнаружил текущего космического рекордсмена, GN-z11, благодаря линзированию.


Наиболее далёкая от нас галактике из всех обнаруженных: GN-z11, обнаруженная во время наблюдений GOODS-N. При тех же параметрах наблюдений, что использовались для получения этого изображения при помощи Хаббла, будущий телескоп WFIRST увидит в 60 раз больше удалённых галактик.

Приходящий от него свет был испущен спустя 407 млн лет после Большого взрыва, когда Вселенной было всего 3% от текущего возраста.


Галактическое скопление MACS 0416 из наблюдений Hubble Frontier. Его масса показана сине-зелёным, а увеличение благодаря линзированию – пурпурным. Пурпурная область обозначает то место, где достигается максимальное гравитационное увеличение. Разметка массы скопления позволяет нам определить, какие участки нам нужно зондировать для достижения максимального увеличения и поисков самых удалённых кандидатов. Но чтобы увидеть самые первые галактики, нам понадобится обсерватория, оптимизированная лучше, чем Хаббл.

Возможности Хаббла ограничены тремя причинами.


Космический телескоп Хаббла во время последнего обслуживания. Несмотря на отражающую поверхность, его близость к Земле, отсутствие охлаждения и воздействие солнечных лучей приводит к тому, что он будет слишком тёплым, чтобы видеть свет с длиной волны более 1700 нм.

1) Несмотря на его отражающую поверхность, Хаббл находится на низкой орбите и не имеет активного охлаждения.

Оплатите подписку, и реклама отключится


Мощные возможности по получению изображений камеры Хаббла Wide Field Camera 3 позволяют нам видеть дальше, чем когда-либо, заглядывая очень далеко во Вселенную. Но даже этот инструмент и его глаза, видящие в ультрафиолете, видимом и инфракрасном диапазоне, существуют ограничения, выходить за которые эта технология не может.

Поэтому, его инструменты тёплые, и он не способен видеть в среднем инфракрасном диапазоне.


Свет может иметь определённую длину волны, но расширение Вселенной растягивает её в процессе перемещения. Свет, испущенный в ультрафиолете, растянется до инфракрасного, если мы говорим о галактике, чей свет летел к нам 13,4 млрд лет. Альфа-переход Лаймана на 121,5 нм становится инфракрасным излучением, находящемся на пределе возможного для инструментов Хаббла.

2) Свет самых далёких галактик испытывает красное смещение из-за космического расширения.


На определённом расстоянии от нас, или на красном смещении (z), равном 6, во Вселенной всё ещё существует нейтральный газ, блокирующий и поглощающий свет. Этот спектр демонстрирует падение на графике слева от большого всплеска для всех галактик, находящихся за пределами определённого красного смещения, но его нет для галактик с меньшим красным смещением. Этот физический эффект называется желоб Ганна-Петерсона, и он блокирует самый яркий свет от самых удалённых звёзд и галактик.

Ограничение длины волны, видимой Хабблом, 1700 нм, соответствует 326 млн годам после Большого взрыва.


Схематическая диаграмма истории Вселенной, где отмечена реионизация. До формирования звёзд или галактик, Вселенная была заполнена нейтральными атомами, блокирующими свет. И хотя большая часть Вселенной не станет реионизированной, пока не пройдёт 550 млн лет, а первые серьёзные волны реионизации начали идти после 250 млн лет, некоторые везучие звёзды могли сформироваться уже спустя 50-100 млн лет после Большого взрыва, и с применением правильных инструментов мы, возможно, сможем рассмотреть самые ранние галактики.

3) Но Вселенная была заполнена блокирующим свет газом, пока ей не исполнилось 550 млн лет.


Самая далёкая из подтверждённых спектроскопическим методом галактик. Чтобы отодвинуть рубежи ещё дальше, нам понадобится пробраться глубже во Вселенную, а значит, видеть сквозь блокирующие свет газ и пыль, заполнявшие раннюю Вселенную.

GN-z11 нашли случайно, она находится на прямой, ничем не закрытой линии видимости, что случается довольно редко.


Представление художника от 2015 года о том, как будет выглядеть космический телескоп им. Джеймса Уэбба, когда его закончат и успешно выведут на орбиту. Эта обсерватория станет главной в поисках наиболее удалённых галактик Вселенной – тех, что не может открыть Хаббл.

Только Джеймс Уэбб, находясь на удалённой орбите, и обладая усовершенствованными инструментами и активным охлаждением, поможет нам заглянуть ещё дальше.


Изучая всё новые и новые участки Вселенной, нам удаётся заглядывать всё дальше и дальше в космос, что означает, дальше по времени в прошлое. Телескоп Джеймса Уэбба позволит нам напрямую проникнуть в такие глубины, какие недоступны существующим сегодня инструментам.

Источник

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

664 просмотров всего, 6 просмотров сегодня

Ещё записи на эту тему

Как следующее поколение наземных супертелескопов сможет напрямую наблюдать экзопланеты... За несколько последних десятилетий количество обнаруженных и подтверждённых внесолнечных планет выросло экспоненциально. В настоящее время подтверждено существование 3778 экзопланет в 2818 планета...
Какие сведения о Вселенной может дать нам лунное затмение... Во время большинства лунных затмений за частичным затмением начинается тёмно-красная полоса, накрывающая Луну с одного края, но при этом одна её часть всегда остаётся ярче и белее другой. Частичные ...
Как получилось, что размер Вселенной больше её возраста?... Мы знаем, что возраст Вселенной составляет 13,8 миллиардов лет, но размер наблюдаемой Вселенной при этом – 46 миллиардов световых лет. Как это возможно? Природа требует, чтобы мы не превышали скоро...
Простейшее разрешение противоречия, связанного с расширением Вселенной... Расширяющаяся Вселенная, полная галактик и сложных структур, которую мы наблюдаем сегодня, раньше была более мелкой, горячей, плотной и однородной. Тысячи учёных работали сотни лет, чтобы мы пришли ...