Campo Profundo del Hubble
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El Campo Profundo del Hubble (HDF) es una imagen de una pequeña región en el constelación Ursa Major, con base en los resultados de una serie de observaciones por el telescopio espacial Hubble . Cubre un área de 15 minutos de arco de diámetro, equivalente en tamaño angular de una pelota de tenis (alrededor de 65 mm) a una distancia de 100 metros y un dos-millonésima parte de nuestro cielo. La imagen se monta a partir de 342 exposiciones separadas tomadas con el telescopio espacial de 2 más de diez días consecutivos ancha Cámara Planetaria de Campo entre 18 de diciembre y 28 de diciembre de 1995 .
El campo es tan pequeño que sólo unos pocos de primer plano estrellas en la Vía Láctea se encuentran dentro de ella; por lo tanto, casi la totalidad de los 3.000 objetos en la imagen son galaxias , algunas de las cuales se encuentran entre los más jóvenes y más distante conocido. Al revelar un número tan grande de galaxias muy jóvenes, la HDF se ha convertido en una imagen de referencia en el estudio de los inicios del universo , y que ha sido la fuente de casi 400 fue creado artículos científicos desde ella.
Tres años después de que se tomaron las observaciones HDF, una región en el hemisferio sur celeste fue fotografiada en una forma similar y nombró el Hubble Deep South campo. Las similitudes entre las dos regiones fortalecieron la creencia de que el universo es uniforme en grandes escalas y que la Tierra ocupa una región típica en el universo (el principio cosmológico). En 2004 una imagen más profunda, conocido como el Hubble Ultra Deep Field (HUDF), se construye a partir de un total de once días de observaciones. La imagen HUDF es el más profundo (más sensible) astronómica imagen jamás se ha hecho en longitudes de onda visibles.
Concepción
Uno de los objetivos clave de los astrónomos que diseñaron el Telescopio Espacial Hubble fue utilizar su alto resolución óptica para estudiar galaxias distantes a un nivel de detalle que no era posible desde el suelo. Situado por encima de la atmósfera, el Hubble evita atmosférica Airglow lo que le permite tomar más sensibles visible y luz ultravioleta imágenes que se puede obtener con los telescopios terrestres de visibilidad limitada (cuando buena corrección óptica adaptativa que se disponga en el visible, 10 telescopios terrestres m pueden llegar a ser competitivo). Aunque el espejo del telescopio sufrió de aberración esférica cuando el telescopio fue lanzado en 1990, todavía se podría utilizar para tomar imágenes de galaxias más distantes que había sido previamente obtenible. Debido a que la luz tarda miles de millones de años en llegar a la Tierra de las galaxias muy distantes, las vemos como eran hace miles de millones de años; de este modo, se amplía el ámbito de aplicación de este tipo de investigación a las galaxias cada vez más distantes permite una mejor comprensión de la forma en que evolucionar.
Después de la aberración esférica se corrigió durante Misión del transbordador espacial STS-61 en 1993, se utilizaron los ahora excelentes capacidades de imagen del telescopio para estudiar las galaxias cada vez más distantes y tenues. La Media Larga Survey (MDS) utiliza la WFPC2 tomar imágenes profundas de campos aleatorios mientras que otros instrumentos estaban siendo utilizados para las observaciones programadas. Al mismo tiempo, otros programas dedicados centraron en galaxias que ya se conocían través de la observación basada en tierra. Todos estos estudios revelaron diferencias sustanciales entre las propiedades de las galaxias actuales y las que existían hace varios millones de años.
Hasta el 10% del tiempo de observación del HST se designa como Discrecional (DD) Hora del Director, y por lo general se concede a los astrónomos que desean estudiar fenómenos transitorios inesperados, tales como supernovas . Una vez que se mostraron óptica correctiva del Hubble para ser un buen desempeño, Robert Williams, el entonces director de la Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, decidió dedicar una parte sustancial de su tiempo DD durante 1995 para el estudio de galaxias distantes. Un Comité Consultivo del Instituto de especial recomendó que la WFPC2 ser utilizado para la imagen de un parche "típico" del cielo a una alta latitud galáctica, utilizando varios filtros ópticos. La grupo de trabajo se creó para desarrollar e implementar el proyecto.
La selección de blancos
El campo seleccionado para las observaciones necesarias para cumplir con varios criterios. Tenía que ser a gran latitud galáctica, porque polvo y materia oscureciendo en el plano de la Vía Láctea disco 's impide observaciones de galaxias distantes. El campo de destino tenía que evitar las fuentes luminosas conocidas de la luz visible (como estrellas en primer plano), y infrarrojos, ultravioleta y Emisiones de rayos X, para facilitar estudios posteriores en muchas longitudes de onda de los objetos en el campo profundo, y también necesitaba estar en una región con un bajo infrarrojos fondo ' cirrus ', la difusa, cree emisión infrarroja tenue que es causada por los granos de polvo caliente en nubes frías de hidrógeno gas ( Regiones HI).
Estos criterios restringidos considerablemente el campo de potenciales zonas de destino. Se decidió además que el objetivo debe estar en 'zonas de observación continua "del Hubble (CVZs) -las áreas del cielo que no son ocultado por la Tierra o la Luna durante la órbita del Hubble. El grupo de trabajo decidió concentrarse en el norte CVZ, por lo que los telescopios del hemisferio norte, como el Telescopios Keck y el Very Large Array, podría llevar a cabo observaciones de seguimiento.
Veinte campos satisfacen todos estos criterios se identificaron inicialmente, a partir de las cuales se seleccionaron tres campos candidatos óptimos, todo dentro de la constelación de . Ursa Major Radio observaciones instantáneas descartar uno de estos campos, ya que contenía una brillante fuente de radio, y la decisión final entre los otros dos se realizaron en función de la disponibilidad de guía de las estrellas cercanas al campo: observaciones del Hubble requieren normalmente un par de estrellas cercanas en el que los sensores de guía fina del telescopio pueden bloquear durante una exposición, pero dada la importancia de las observaciones de HDF, el grupo de trabajo requieren un segundo conjunto de copias de seguridad de guía estrellas. El campo que se seleccionó finalmente se encuentra a una ascensión recta de 36m 49.4s 12h y un declinación de + 62 ° 12 '48 ".
Observaciones
Una vez que se había seleccionado un campo, una estrategia de observación tuvo que ser desarrollado. Una decisión importante era determinar qué Filtros de las observaciones usarían; WFPC2 está equipado con cuarenta y ocho filtros, incluyendo filtros de banda estrecha de aislamiento particular, líneas de emisión de astrofísica interés, y filtros útiles para el estudio de los colores de las estrellas y galaxias de banda ancha. La elección de filtros para ser utilizado para la HDF dependía de la ' rendimiento "de cada Filter- la proporción total de luz que permite pasantes y la cobertura espectral disponible. Filtros con anchos de banda superpuestas lo menos posible eran deseables.
Al final, se eligieron cuatro filtros de banda ancha, centrado en longitudes de onda de 300 nm (cercano ultravioleta ), 450 nm (luz azul), 606 nm (luz roja) y 814 nm (cercano infrarrojo). Porque el eficiencia cuántica de los detectores de Hubble es bastante baja a 300 nm, el ruido en las observaciones en esta longitud de onda se debe principalmente a Ruido CCD en lugar de fondo del cielo; por lo tanto, estas observaciones podrían llevarse a cabo en momentos de alto ruido de fondo habría perjudicado la eficiencia de observaciones en otras bandas de paso.
Imágenes de la zona de destino en los filtros seleccionados se tomaron más de diez días consecutivos, durante los cuales Hubble orbitó la Tierra alrededor de 150 veces. Los tiempos de exposición total en cada longitud de onda eran 42,7 horas (300 nm), 33,5 horas (450 nm), 30,3 horas (606 nm) y 34,3 horas (814 nm), dividido en 342 exposiciones individuales para evitar un daño significativo a las imágenes individuales por los rayos cósmicos, que causan rayas brillantes aparezcan cuando golpean detectores CCD.
Procesamiento de datos
La producción de una imagen combinada final en cada longitud de onda era un proceso complejo. Brillante pixeles causados por impactos de rayos cósmicos durante las exposiciones se eliminaron mediante la comparación de las exposiciones de igual longitud tomado una después de la otra, y la identificación de píxeles que fueron afectadas por rayos cósmicos en una exposición, pero no el otro. Senderos de los desechos espaciales y satélites artificiales estaban presentes en las imágenes originales, y se retiraron cuidadosamente.
La luz dispersada desde la Tierra se hizo evidente en una cuarta parte de las tramas de datos. Este fue removido por tomar una imagen afectada por la luz dispersada, alineándola con una imagen afectada, y restando la imagen afectada desde el afectado. La imagen resultante se alisa, a continuación, podría ser restado del marco brillante. Este procedimiento elimina casi la totalidad de la luz dispersada de las imágenes afectadas.
Una vez que las 342 imágenes individuales se limpiaron de accesos de rayos cósmicos y corregidos por la luz dispersada, tuvieron que ser combinados. Los científicos involucrados en las observaciones HDF pioneros en una técnica llamada ' lloviznando ', en el que se varió la puntería del telescopio minuciosamente entre conjuntos de exposiciones. Cada píxel de los chips CCD WFPC2 registró un área del cielo 0,09 segundos de arco a través de, pero cambiando la dirección en la que el telescopio estaba señalando por menor que entre las exposiciones, las imágenes resultantes se combinaron mediante sofisticadas técnicas de procesamiento de imágenes para producir una resolución angular final mejor que este valor. Las imágenes HDF producidos en cada longitud de onda tenían tamaños finales de píxeles de 0,03985 segundos de arco.
El procesamiento de los datos arrojó cuatro imágenes monocromas, una en cada longitud de onda. La combinación de estos en las imágenes a todo color liberadas al público fue un proceso bastante arbitraria, con una imagen designada como cada uno de rojo, verde y azul, y las tres imágenes combinadas para dar una imagen en color. Debido a que las longitudes de onda en la que se tomaron las imágenes no se corresponden con las longitudes de onda de la luz roja, verde y azul, los colores de la imagen final sólo dan una representación aproximada de los colores reales de las galaxias en la imagen; la elección de filtros para el HDF (y la mayoría de las imágenes de Hubble) fue diseñado principalmente para maximizar la utilidad científica de las observaciones en vez de para crear colores correspondiente a lo que el ojo humano sería realmente percibir.
Contenido del Campo Profundo
Las imágenes finales revelaron una gran cantidad de lejanas galaxias débiles. Cerca de 3.000 galaxias distintas podrían ser identificados en las imágenes, tanto con irregular y galaxias espirales claramente visibles, aunque algunas galaxias en el campo son sólo unos pocos píxeles de ancho. En total, se cree que la HDF para contener menos de diez estrellas en primer plano galáctico; con mucho, la mayoría de los objetos en el campo son galaxias distantes.
Hay alrededor de cincuenta puntos como objetos azules en el HDF. Muchos parecen estar asociados con galaxias cercanas, que juntas forman cadenas y arcos: estos son propensos a ser regiones de intensa la formación de estrellas. Otros pueden ser distantes cuásares. Los astrónomos descartaron inicialmente la posibilidad de que algunos de los objetos puntuales son enanas blancas , porque son demasiado azul para ser consistente con las teorías de la evolución enana blanca prevalentes en ese momento. Sin embargo, el trabajo más reciente ha encontrado que muchas enanas blancas se vuelven más azul a medida que envejecen, apoyando la idea de que la HDF podría contener las enanas blancas.
Los resultados científicos
Los datos HDF proporcionado material extremadamente rico para los cosmólogos a analizar ya partir de 2005, casi 400 artículos basados en la HDF han aparecido en la literatura astronómica. Uno de los hallazgos más fundamentales fue el descubrimiento de un gran número de galaxias con alto corrimiento al rojo valores.
A medida que el universo se expande, los objetos más distantes se alejan de la Tierra más rápido, en lo que se llama el flujo de Hubble . La luz de las galaxias muy distantes se ve afectada significativamente por el desplazamiento al rojo cosmológico . Mientras cuásares con alto corrimiento al rojo eran conocidos, muy pocas galaxias con corrimientos al rojo superiores a 1 eran conocidos antes de producirse las imágenes HDF. La HDF, sin embargo, contenía muchas galaxias con corrimientos al rojo de hasta 6, que corresponde a una distancia de aproximadamente 12 mil millones años luz . (Debido al desplazamiento al rojo de los objetos más distantes en el HDF en realidad no son visibles en las imágenes del Hubble;. Que sólo pueden ser detectados en imágenes del HDF tomada en longitudes de onda más largas por telescopios terrestres)
Las galaxias HDF contenían una proporción considerablemente mayor de las galaxias perturbados e irregulares que el universo local; las colisiones de galaxias y fusiones fueron más comunes en el universo joven, ya que era mucho más pequeña que la actual. Se cree que el gigante galaxias elípticas se forman cuando las espirales y galaxias irregulares chocan.
La riqueza de las galaxias en diferentes etapas de su evolución también permitió a los astrónomos calcular la variación en la tasa de formación de estrellas durante la vida del universo. Mientras que las estimaciones de los desplazamientos al rojo de galaxias HDF son algo crudo, los astrónomos creen que la formación estelar se estaba produciendo a su máxima velocidad hace 8 hasta 10 mil millones años, y se ha reducido en un factor de alrededor de 10 desde entonces.
Otro resultado importante de la HDF fue el muy pequeño número de estrellas en primer plano presentes. Durante años, los astrónomos habían sido desconcertantes sobre la naturaleza de la materia oscura , la masa que parece ser observaciones indetectables pero que implicaba compuesto por un 90% de la masa del universo. Una teoría es que la materia oscura podría consistir en masivas objetos astrofísicos compacto de Halo ( MACHO) - objetos débiles pero masivas, como las enanas rojas y planetas en las regiones exteriores de las galaxias. La HDF mostró, sin embargo, que no había un número significativo de enanas rojas en las partes exteriores de nuestra galaxia.
Observaciones posteriores
La HDF es un hito en la cosmología observacional y todavía queda mucho que aprender de él. Desde 1995, el campo ha sido observado por muchos telescopios terrestres, así como algunos telescopios espaciales más, en longitudes de onda de la radio a De rayos X.
Los objetos muy alto corrimiento al rojo se descubrieron en el HDF utilizando una serie de telescopios desde tierra, en particular a través de la Telescopio James Clerk Maxwell. El alto corrimiento al rojo de estos objetos significa que no se pueden ver en la luz visible y generalmente se detectan en infrarrojos o encuestas de longitud de onda submilimétrica del HDF lugar.
Observaciones espaciales más importantes incluyeron las de la Observatorio Chandra de rayos X y el Observatorio Espacial Infrarrojo (ISO). Observaciones de rayos X revelaron seis fuentes en el HDF, al constatarse que corresponden a tres galaxias elípticas: una galaxia espiral, uno activo núcleo galáctico y un objeto extremadamente rojo, piensa que es una galaxia distante que contiene una gran cantidad de polvo absorbente de sus emisiones de luz azul.
Observaciones ISO indicaron emisión infrarroja de 13 galaxias visibles en las imágenes ópticas, atribuidas a grandes cantidades de polvo asociados con la formación estelar intensa. Imágenes de radio terrestres tomadas con el VLA revelaron siete fuentes de radio en el HDF, todas las cuales corresponden a galaxias visibles en las imágenes ópticas.
1998 vio la creación de una contraparte HDF en el hemisferio sur celeste: el HDF-Sur. Creado usando una estrategia de observación similar, el HDF-S fue muy similar en apariencia a la original de HDF. Esto apoya la principio cosmológico que en su escala más grande que el universo es homogénea.
