Телескоп «Хаббл»: Раскрытые секреты вселенной

Прошло уже 22 года с того момента, как НАСА запустило свой космический телескоп «Хаббл» – один из самых плодовитых научных приборов, когда-либо созданных человечеством. Используя широкий набор разнообразных инструментов, «Хаббл» всматривается в космос, выдавая невиданные изображения звёзд, галактик, вспышек и ответы на вопросы мироздания…

Несмотря на совершённые им открытия, президент Обама в эти трудные для экономики времена рассматривает вопрос сокращения финансирования НАСА путём ограничения бюджета на 2013 год 17,7 миллиардами – на 5 процентов от бюджета, который был предложен в прошлом году.

Наибольший ущерб – в размере 20-процентного уменьшения своего совокупного бюджета – понесёт подразделение планетоведения НАСА. Это подразделение конструирует космический телескоп имени Джеймса Вебба, преемника «Хаббла».

Мы теперь знаем, что вселенная расширяется намного быстрее, чем считалось прежде

Взаимодействующие спиральные галактики NGC 2207 и IC 2163

Принимая во внимание, что запуск Джеймса Вебб ориентировочно назначен на 2018 год, нам захотелось окинуть взглядом всё то важное, что было открыто с помощью «Хаббла».

Господствующая теория возникновения вселенной гласит, что имел место «Большой взрыв», и с указанного времени она расширяется. До «Хаббла» большинство астрономов полагало, что вселенная продолжит расширяться, но как автомобиль без горючего будет двигаться по инерции всё медленнее и медленнее, теряя скорость по мере движения.

Наблюдая за сверхновыми, «Хаббл» определил расстояние между галактиками, которые продолжали отдаляться друг от друга. И учёные обнаружили, что вместо того, чтобы замедляться, расширение вселенной на самом деле происходит с ускорением. Края вселенной продолжают разбегаться от «центра» всё быстрее и быстрее.

Кроме того, так исследователи смогли установить примерный возраст вселенной.

«Хаббл» дал нам наиболее точный на сегодняшнее время возраст вселенной

1689 (скопление галактик в созвездии Девы, самое массивное из известных; прим. mixednews) усиливает свет отдалённых галактик».

До того, как «Хаббл» был отправлен на орбиту, наука могла только строить догадки по поводу приблизительного возраста вселенной – где-то 10-20 миллиардов лет.

Но благодаря выполненным «Хабблом» измерениям светимости 31 переменной звезды – цефеиды, стало возможным вычислить скорость расширения вселенной, что дало нам гораздо более точную оценку её возраста – 13,7 миллиардов лет, плюс-минус несколько сотен миллионов.

Hubble Deep Field – фотография тысяч галактик, которым миллиарды лет

До «Хаббла» мы не могли изучать самые удалённые от нас галактики, испустившие свет миллиарды лет тому назад. Но приняв на себя риск и фокусируя камеру «Хаббла» на выбранном участке космоса в течение 10 дней (большинство наблюдений «Хаббла» занимают лишь несколько часов), исследователи получили Hubble Deep Field.

HDF – это изображение свыше 3 тысяч галактик разнообразных форм, размеров и светимостей. Изучение этого изображения дало астрономам некоторое представление об истории вселенной, и позволяет нам увидеть, как возникают, растут и в конце концов умирают галактики.

Другие проекты, вроде Hubble Ultra-Deep Field, подарили нам самые полные астрономические изображения, доступные невооружённому глазу.

Мы выяснили истинную природу самого яркого космического тела во вселенной: квазара

Спиральная галактика NGC 4319 и квазар Маркарян 205

Когда были обнаружены квазары, их природа в значительной степени оставалась неизвестной. У них невероятная светимость, которая заставляла астрономов считать, что они смотрят на звезду – но эти объекты были слишком далеки от Земли, чтобы находится в нашей галактике.

Используя «Хаббл», мы смогли установить, что квазары находятся в центре галактики и получают энергию из трения [пыли и газов; прим. mixednews], создаваемого сверхмассивной чёрной дырой. Количество накапливаемого и высвобождаемого света и энергии делает квазар самым ярким из известных объектов во вселенной.

И мы приближаемся к тому, чтобы понять роль чёрных дыр в образовании галактик

Составное изображение галактического скопления MS 0735

В ходе наблюдений над квазарами астрономы «Хаббла» пришли к выводу, что в посреди всех галактик с такими яркими центрами находилась сверхмассивные чёрные дыры. И масса чёрной дыры (измеренная через скорость падения в неё вещества, учитывая, что ничто не может вырваться из чёрной дыры) связана с массой звёздного сгущения в центре галактики.

Это по всей видимости означает, что формирование галактики связано с формированием её центра в виде чёрной дыры – они не появляются по отдельности.

Газ и пыль больше не заслоняют образования звёзд

«Хаббл» поймал в кадр «Таинственную гору»

Некоторые наиболее фантастические фотографии «Хаббла» запечатлели сжимающиеся облака пыли и газа, которые в конечном итоге формируют новые звёзды. Раньше, изображения облаков могли показать только извергаемые из новых звёзд струи пыли, а не вращающиеся «протопланетные» диски, ставшие центром молодого планетного тела.

Но благодаря «Хабблу» астрономы смогли увидеть эти вращающиеся диски и через них получили новые знания о том, как формировались звёзды. Новые звёзды и планетные системы очень подвержены влиянию их окружения, которое было неразличимо до получения в 1995 году фотографий туманности Ориона.

Мы можем вычислить состав атмосферы планет за пределами нашей Солнечной системы

Элемент составного изображения SWEEPS ACS/WFC («Окна поиска транзитных экзопланет в созвездии Стрельца усовершенствованной камерой для обзоров – широкоугольным каналом»; прим. mixednews)

«Хаббл» может находить экстрасолнечные планеты, наблюдая за незначительным уменьшением светимости, которое происходит в момент, когда планета проходит между телескопом и своей родительской звездой.

Эти промежутки времени, называемые «прохождениями», позволили «Хабблу» произвести первые измерения состава атмосферы этих планет – некоторые из которых содержат натрий, углерод, кислород и другие элементы, с которыми мы знакомы на Земле.

Открытие «Хабблом» метана, первой известной органической молекулы на экзопланете (имеется в виду планета  HD 189733b; прим. mixednews), является первым шагом на пути к обнаружению внеземной жизни.

Столкновения в космосе дают нам лучшее понимание нашего собственного космического окружения – вдобавок, они просто потрясающи

Изображения Юпитера, полученные в видимой и ультрафиолетовой части спектра 17 июля 1994 года

В 1994 году «Хаббл» снял детальнейший отчёт столкновения кометы с поверхностью Юпитера, которое по мнению астрономов должно было стать исключительным событием даже в масштабах жизни многих поколений. Но в 2009 году в Юпитер врезалась ещё одна комета, свидетельствуя тем самым о том, что такие случаи могут быть и не такими уж редкими, как полагали до этого (согласно первоначальной гипотезе – примерно один раз за тысячу лет).

Имея возможность наблюдать удар кометы (как в видимом, так и ультрафиолетовом свете), астрономы заметили, что состав Юпитера меньше напоминает солнечный, чем считалось ранее. Такая доступность участков падения для обозрения сразу после столкновения поможет нам улучшать свои знания о ближайших и отдалённых планетах.

Раскрыта истинная причина странных всплесков гамма-излучения

Материнская галактика гамма-всплеска 971214

Гамма-всплески были впервые обнаружены спутниками США, которые должны были следить за ядерными взрывами. Вместо этого они обнаружили ежедневные, происходящие беспорядочно вспышки мощностью 10 миллионов миллиардов солнц.

Неясным было, почему взрывы одних сверхновых вызывают гамма-излучающие события, а других – нет. Из полученных «Хаббллм» данных складывается впечатление, что чёрные дыры и гамма-всплески порождаются звёздами с меньшим содержанием металлов. Поэтому обнаружение гамма-излучения может говорить о том, что вы стали свидетелями рождения новой чёрной дыры.

На снимке ниже видна галактика, находящаяся на расстоянии 12 миллиардов световых лет от Земли, которая произвела гамма-всплеск, ставший на одну секунду таким же ярким, как вся остальная часть вселенной.

Мы увидели смерть звёзд и рождение планетарной туманности

На месте смерти звезды в планетарной туманности NGC 6302 рождается бабочка

При помощи «Хаббла» был исследован ряд умирающих звёзд, выглядевших по-разному в зависимости от их размеров. Звёзды среднего размера сбрасывают свои газы и становятся белыми карликами, а массивные звёзды коллапсируют, и возникает сверхновые.

Эти явления занимают многие годы, а не мгновения. Что касается белых карликов, испускаемый ими раскалённый газ образует красивую туманность, а астрономы изучают один отдельный случай сверхновой с 1987 года.

Результаты ведущихся годами наблюдений за сверхновыми и планетарными туманностями показывают, что такие трансформации происходят во время серий взрывов. Слежение за жизненным циклом этих звёзд может помочь нам понять, чем закончились эти явления, и как они продолжат развиваться я на протяжении оставшегося времени в масштабах всей вселенной.

Телескоп «Хаббл» — совместный проект NASA и Европейского космического агентства. Размещение телескопа в космосе даёт возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна; в первую очередь — в инфракрасном диапазоне.

Из-за отсутствия влияния атмосферы, разрешающая способность телескопа в 7—10 раз больше аналогичного телескопа, расположенного на Земле.

За 15 лет работы на околоземной орбите, «Хаббл» получил 700 тыс. изображений 22 тыс. небесных объектов — звёзд, туманностей, галактик, планет. Поток данных, которые он ежедневно генерирует в процессе наблюдений, составляет около 15 Гб. Общий их объём, накопленный за всё время работы телескопа, превышает 20 терабайт.

Более 3900 астрономов получили возможность использовать его для наблюдений, опубликовано около 4000 статей в научных журналах. Установлено, что, в среднем, индекс цитирования астрономических статей, основанных на данных телескопа, в два раза выше, чем статей, основанных на других данных.

Ежегодно в списке 200 наиболее цитируемых статей не менее 10 % занимают работы, выполненные на основе материалов Хаббла. Нулевой индекс цитирования имеют около 30 % работ по астрономии в целом, и только 2 % работ, выполненных с помощью космического телескопа.

Тем не менее, цена, которую приходится платить за достижения «Хаббла», весьма высока: специальное исследование, посвящённое изучению влияния на развитие астрономии телескопов различных типов, установило, что, хотя работы, выполненные при помощи орбитального телескопа, имеют суммарный индекс цитирования в 15 раз больше, чем у наземного рефлектора с 4-метровым зеркалом, стоимость содержания космического телескопа выше в 100 и более раз.

 

перевод – josser

источник