الفلك

كيف لدينا صور المجرات البعيدة جدا؟

كيف لدينا صور المجرات البعيدة جدا؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

الجواب المحتمل لهذا هو ، سافر الضوء المنبعث من المجرات لمليار ميل على طول الطريق إلى الأرض ، حيث التقط تلسكوب هابل الفضائي هذا الضوء من خلال مستشعراته ، وتمكن من تكوين صورة للمجرة

ولكن إذا كان هذا صحيحًا ، وكانت المجرات على بعد مليارات الأميال ، ألا ينبغي أن تكون جزيئات الضوء المنبعثة من المجرات مبعثر في انحاء المكان؟ بعد كل شيء ، لقد سافروا منذ ملايين السنين ، وربما اصطدموا بالكويكبات والأجسام الغريبة الأخرى. ما هي احتمالات وصول حوالي 95٪ من الفوتونات إلى الأرض ، مما يعطينا صورة مفصلة للغاية.

تأمل مجرة ​​أندروميدا التي تبلغ مساحتها 1.492 × 10 ^ 19 ميلًا عن الأرض. إذا كان الضوء المنبعث من المجرة يسافر في جميع الاتجاهات ، فكيف يمكننا أن نرسم المجرة بأكملها ، كما يتضح من الصورة أدناه؟

ألا يجب أن يكون نصف المجرة مفقودًا لأن الفوتونات قد تصطدم بأجسام أخرى ، و "لم تصل أبدًا إلى الأرض"؟


هناك سببان في كثير من الأحيان - ولكن ليس دائمًا - الضوء القادم من المجرات على بعد ملايين بل ومليارات من السنين الضوئية يجعله يمر عبر الكون وينزل إلينا:

جسيم عدد والجسيمات بحجم
  1. أولاً ، الوسيط بين المجرات (IGM) هو الى ابعد حد يميع يخفف. كثافة عدد الجسيمات هناك بالترتيب $ n sim10 ^ {- 7} ، mathrm {cm} ^ {- 3} $ ، أو ما يقرب من 26 مرة أقل من الهواء عند مستوى سطح البحر! هذا يعني أنك إذا فكرت في أنبوب من أندروميدا إلى مجرة ​​درب التبانة بمساحة مقطع عرضي 1 دولار ، mathrm {cm} ^ {2} $ ، فسوف يحتوي على ميكروجرام واحد تقريبًا من المادة (بفضل روب جيفريز لالتقاطه عامل الخطأ $ 10 ^ 6 $).

  2. ثانيًا ، حتى لو اقترب الفوتون من ذرة ، فسيتم امتصاصه فقط إذا كانت طاقته تتطابق بشكل وثيق مع بعض التحولات في الذرة. نظرًا لأن معظم الذرات مؤينة (وبالتالي يجب أن تسمى بلازما بدلاً من ذلك ، ولكن التمييز في علم الفلك إذا لم يتم التمييز في كثير من الأحيان) ، فلا توجد إلكترونات لامتصاص الفوتون. من المرجح أن تتفاعل الفوتونات مع الإلكترونات الحرة عبر تشتت طومسون ، لكن المقطع العرضي لطومسون صغير للغاية $ ( sim10 ^ {- 24} ، mathrm {cm} ^ {2}) $ ، لذلك حتى لو كنت ضع في اعتبارك فوتونات CMB - التي سافرت عبر الكون تقريبًا منذ الانفجار العظيم - فقط حوالي 5٪ منها تفاعلت مع الإلكترونات في طريقها.

بمعنى آخر: تعتمد كمية الضوء المنقول على عاملين: 1) كمية المادة على طول خط البصر ، و 2) قدرة هذه المادة على امتصاص الضوء. في IGM ، كلاهما صغير للغاية. عندما يدخل الضوء الانترممتاز متوسط ​​(ISM) داخل مجرتنا ، قد يواجه غيومًا أكثر كثافة مع ذرات قادرة على امتصاص الضوء. لكن عادةً (وإن لم يكن دائمًا) "كثيف" لا يزال ضعيفًا جدًا مقارنةً بالغلاف الجوي للأرض.

تعبير رياضي

بشكل عام ، إذا اجتاز شعاع من الضوء منطقة من الجسيمات ، لكل منها مقطع عرضي $ sigma $ (يُقاس على سبيل المثال بالسنتيمتر $ ^ 2 $) ، ويمر جزيئات $ N $ لكل مساحة من الشعاع (يُقاس على سبيل المثال بالسنتيمتر $ ^ {- 2} $) ، ثم يعطى عتامة الوسيط بواسطة العمق البصري $ tau $ ، معرف بواسطة $$ tau equiv N ، sigma. $$ الكسر المرسل $ f $ من الفوتونات هو $$ f = e ^ {- tau}. $$ بشكل عام ، يعتمد $ sigma $ على الطول الموجي ، وبالتالي قد يمر جزء من الطيف دون عوائق ، بينما قد يتم امتصاص جزء آخر تمامًا.

يوضح الشكل أدناه (من هنا) طيف كوازار يقع على مسافة 22 مليار سنة ضوئية ، أي على بعد 10 آلاف دولار مرة من أندروميدا. ترى أن هناك عدة خطوط امتصاص رفيعة (ناتجة عن غيوم الهيدروجين المتداخلة التي تزيد كثافتها عن 10-100 من IGM) ، ولكن لا يزال معظم الضوء يصل إلينا.

نظرًا لأن الضوء الذي نراه من هذا الكوازار قد انبعث منذ فترة طويلة ، كان الكون أصغر كثيرًا في ذلك الوقت ، وبالتالي كانت الكثافة أكبر. ومع ذلك ، يتم امتصاص جزء صغير فقط. كلما انبعث الضوء بعيدًا ، كان ذلك منذ وقت أطول ، مما يعني كون أصغر ، وكثافة أعلى ، وبالتالي يتم امتصاص المزيد من الضوء. إذا كنت تفكر في هذا الكوازار (من هنا) الذي يبعد 27 مليار سنة ضوئية ، فسترى أنه يتم امتصاص المزيد من الضوء في جزء من الطيف. ومع ذلك ، لا يزال الكثير من الضوء يصل إلينا.

إن سبب امتصاص الأطوال الموجية القصيرة أمر مثير للاهتمام - لكن هذه قصة أخرى.


كما يقول روب جيفريز ، الكون في الغالب عبارة عن مساحة فارغة. يمكن للفوتون أن يسافر بسهولة آلاف السنين الضوئية دون أن يتفاعل مع أي شيء. يحدث معظم التفاعل عندما تدخل الفوتونات الغلاف الجوي للأرض. يتجنب هابل ذلك. كانت هذه الصور على الأرجح ناتجة عن الجمع بين عدة جلسات مشاهدة ، مما يمنح في الأساس فترة زمنية ممتدة لرصد المجرة.


آسف إذا كان هذا المنطق يبدو دائريًا بعض الشيء ، لكن يمكننا الحصول على صور غير محجوبة للمجرات لأنها غير محجوبة.

كما ذكرنا - المساحة كبيرة حقًا وفارغة حقًا. يصعب علينا التفكير في هذا ، لأن هناك الكثير من الأشياء بجوارنا - لكن هذه في الواقع حالة غير عادية حقًا. يبعد النجم التالي للشمس ما يزيد عن 4 سنوات ضوئية ، لكننا نحصل على جميع الضوء تقريبًا (99.9999999999 ...٪) منه الذي يتجه في اتجاهنا - نفس الشيء مع الضوء القادم من بعيد - نحصل على عدد كبير من الفوتونات المرسلة إلينا من أشياء بعيدة جدًا.

يستخدم هابل أيضًا تقنيات الكاميرا البسيطة للعدسات والتعريضات الطويلة لالتقاط صور لأجسام بعيدة - بحيث يتم استقبال المزيد من الضوء لبناء الصورة.

ولكن ، الجزء الآخر من هذا ، يكاد يكون من المستحيل التقاط صورة لمجرة (أو نجم) خلف مجرة ​​أخرى أو سحابة غبار. على سبيل المثال ، لا يمكننا رؤية ما وراء مركز مجرتنا بسهولة ، لأن هناك الكثير من الغبار والغاز والنجوم في الطريق. من ناحية أخرى ، يبدو أن الصورة في سؤالك هي أندروميدا ، وهي فوق مستوى المجرة. مجرتنا رفيعة جدًا مقارنة بقطرها ، ونحن وسيلة جيدة للخروج من مركز المجرة ، مما يعني أن هناك أشياء أقل كثيرًا في الطريق.

وهناك بعض المجرات التي التقطناها والتي حجبها الغبار:


هناك فكرة خاطئة في سؤالك لا أعتقد أن الإجابات الأخرى قد تناولتها.

إذا كان الضوء المنبعث من المجرة يسافر في جميع الاتجاهات ، فكيف يمكننا أن نرسم المجرة بأكملها؟

ضوء هو تنبعث من المجرة في كل الاتجاهات. يتم توجيه جزء صغير جدًا منه إلى الأرض ، ويتم جمع جزء أصغر منه بواسطة أي تلسكوب معين. لكن لا يزال بإمكاننا رؤيته ، لأن المجرات شديدة السطوع. أندروميدا تحتوي على حوالي تريليون نجمة.


كانت هناك بعض الإجابات الجيدة بالفعل ، لكني أرغب في إضافة اثنين بنسات:

كيف لدينا صور المجرات البعيدة جدا؟

لأنه لا يوجد الكثير بينهم وبيننا يتعارض مع الضوء الذي يصل إلى كاميراتنا.

الجواب المحتمل لهذا هو أن الضوء المنبعث من المجرات سافر لمسافة مليار ميل على طول الطريق إلى الأرض ، حيث التقط تلسكوب هابل الفضائي هذا الضوء من خلال مستشعراته ، وتمكن من تكوين صورة للمجرة.

إنها مليار ميل إلى زحل. حسنًا ، تختلف المسافة في الواقع باختلاف المدارات ، لكن راجع مقال موقع ProfoundSpace.org هذا: "في أبعد مسافة ، عندما يرقدون على جوانب متقابلة من الشمس من بعضهم البعض ، فإن المسافة بينهما تزيد قليلاً عن مليار ميل (1.7 مليار كيلومتر)". يبلغ حجم مجرة ​​المرأة المسلسلة حوالي خمسة عشر مليارًا مليار على بعد أميال. أو حوالي خمسة عشر كوينتيليون ميل.

لكن إذا كان هذا صحيحًا ، وكانت المجرات على بعد مليارات الأميال ، ألا يجب أن تنتشر جزيئات الضوء المنبعثة من المجرات في كل مكان؟

لا تنس أن الفوتونات لها طبيعة موجة E = hf. وعلى الرغم من تناثرهم في الهواء ، فلا يزال بإمكانك رؤية القمر. نعم ، هناك القليل من الضوء ينحرف في الفضاء. لكن ليس كثيرًا لدرجة أن سماء الليل عبارة عن ضباب ضبابي فارغ. يمكنك رؤية زحل أيضًا. والنجوم. والمجرات لكنها قاتمة نوعا ما.

بعد كل شيء ، لقد سافروا منذ ملايين السنين ، وربما اصطدموا بالكويكبات والأجسام الغريبة الأخرى. ما هي احتمالات وصول حوالي 95٪ من الفوتونات إلى الأرض ، مما يعطينا صورة مفصلة للغاية.

الفرص عالية. لدينا صور للكواكب والأشياء لأن الفرص عالية.

لننظر إلى مجرة ​​المرأة المسلسلة التي تبلغ مساحتها 1.492 × 10 ^ 19 ميلًا عن الأرض. إذا كان الضوء المنبعث من المجرة يسافر في جميع الاتجاهات ، فكيف يمكننا أن نرسم المجرة بأكملها ، كما يتضح من الصورة أدناه؟

إذا كنت مغطى بالأضواء ، فسوف أشع الضوء في كل الاتجاهات ، وسوف تراني لأن بعضًا من هذا الضوء يذهب إلى عينيك. مجرة أندوميدا متشابهة.

ألا ينبغي أن يكون نصف المجرة مفقودًا لأن الفوتونات قد تصطدم بأجسام أخرى ، و "لم تصل أبدًا إلى الأرض"؟

لا. وإذا لم تصل نصف الفوتونات إلى الأرض ، سترى مجرة ​​باهتة ، هذا كل شيء.


اسمحوا لي أن أقدم بعض التفسيرات البسيطة.

لا لا لا. 95٪ من الفوتونات لا تصل إلى الأرض. حتى لو انبعث 5٪ من الفوتونات (في غضون ثوانٍ قليلة) بنجم واحد فقط ، على سبيل المثال ، بوصول شمسنا إلى الأرض ، لكان كوكبنا قد احترق تمامًا! الآن بعد ذلك ، أندروميدا لديها مئات المليارات من النجوم (أو الشموس). لا شيء من هذا يصل إلينا ، باستثناء عدد صغير للغاية. إنه لأمر محير للعقل مدى ضآلة نسبة الفوتونات التي تصل إلينا! يمكنك محاولة حساب ذلك بشكل تقريبي. من السهل جدًا حساب النسبة المئوية للفوتونات المنبعثة من الشمس والتي تصل إلى الأرض. والشمس تبعد عن الأرض 8 دقائق فقط ، بينما أندروميدا تبعد أكثر من 2.5 مليون سنة! لذا ، في الواقع ، ليس من الصعب تخيل عدد الفوتونات التي تصل إلينا.

الآن ، لماذا لا تحجب الكويكبات أو الكواكب أو النجوم كل شيء؟ أندروميدا كبيرة جدًا بحيث لا يمكن حظرها بهذه الطريقة! من الأسهل حجب رؤية المحيط الهادئ من الفضاء عن طريق وضع بضع بقع من الغبار بينهما! يبلغ قطر أندروميدا أكثر من 200 مليون سنة ضوئية. هل يمكننا منعه من العرض؟ في الواقع يمكن حظره بواسطة شيء كبير مثل سديم قريب من نظامنا الشمسي. يجب أن يكون قطر هذا السديم عدة سنوات ضوئية ؛ يجب أن تكون كثيفة بدرجة كافية ؛ وليس بعيدا جدا. لحسن الحظ ، لا شيء من هذا القبيل يمنع هذه المجرة الجميلة من رؤيتنا. ومع ذلك ، يحدث ذلك مع بعض المجرات الأخرى والأجسام في الفضاء السحيق. بالنسبة للسدم البعيدة جدًا ، فإنها لن تمنع مجرة ​​المرأة المسلسلة من رؤيتنا لأنها ستبدو صغيرة جدًا على خلفية أندروميدا البعيدة جدًا.

لماذا لا يتشتت الضوء؟ لماذا يجب أن يتشتت كثيرًا لجعل أندروميدا ضبابية؟ عندما يكون القمر في الأفق ، ينتقل ضوءه عبر عدة مئات من الأميال من الغلاف الجوي الكثيف الموازي لسطح الأرض ؛ ومع ذلك ، لا يزال بإمكاننا تدريب تلسكوباتنا عليه ورؤية الميزات المختلفة للقمر. لن يكون منظرًا نظيفًا للغاية ولكننا سنرى الكثير. الآن ، في الفضاء ينتقل الضوء من خلال فراغ شبه كامل ، وخاصة الفراغ الفارغ بين المجرات. لذلك ، لا يوجد سبب لتشتت الضوء كثيرًا. الفوتونات والعديد من الجسيمات الأخرى مستقرة بدرجة كافية ويمكنها السفر لمسافات أكبر بكثير: مليارات السنين الضوئية. هناك طريقة أخرى للنظر إليها وهي طرح سؤال حول مقدار الفوتونات التي يجب أن تنحرف عن مسارها المستقيم بحيث تصبح المرأة المسلسلة ضبابية بالنسبة لنا. حسنًا ، يجب أن يتحركوا جانبيًا كثيرًا ، وقطر أندروميدا ضخم جدًا لذلك. هذا لا يبدو منطقيًا ، حيث تنتقل الفوتونات في خطوط مستقيمة. ستؤثر الأجسام الكبيرة ، مثل النجوم والثقوب السوداء على مسارها ، لكن قطر أندروميدا ضخم جدًا لدرجة أنه ليس خيارًا ، ما لم نضع بشكل مصطنع تريليونات من الثقوب السوداء على طول الخط الفاصل بين أندروميدا ونظامنا الشمسي في محاولة لتشويه صورة أندروميدا أو لجعل هذه الثقوب السوداء تلتهم كل الضوء من المجرة! لذلك ، عندما يقول علماء الفلك أن معظم الضوء يصل إلينا ، فإنهم يقصدون أن الفضاء بين المجرات هو فراغ كامل تقريبًا ، والفوتونات التي تسير في اتجاهنا بالضبط "حرة" للذهاب. ومع ذلك ، فإن عددًا صغيرًا جدًا منهم فقط يذهب في اتجاهنا بالضبط ولا يزال هذا كافياً للصور الجميلة. لماذا ا؟ لهذا:

المقدار المطلق (اللمعان النسبي مقابل ذلك الخاص بجسم أكثر سطوعًا بمقدار 40 دولارًا مرة من الشمس على مسافة 33 دولارًا وسنوات ضوئية) من أندروميدا هو حوالي -21.5 دولارًا. يبلغ سعر شمسنا حوالي 5 دولارات فقط. كلما زاد الرقم كلما خفت درجة تعتيم الكائن. سيكون الجسم الذي له مغاربه المطلق $ 1 $ 2.5 ^ {5-1} = 40 $ مرة أكثر سطوعًا من الشمس. الفرق بين أندروميدا وشمسنا هو -21.5-5 دولار = -26.5 دولار. هذا يعني أن أندروميدا أكثر سطوعًا من الشمس بمقدار 2.5 دولار تقريبًا ^ {26.5} حوالي 40.000.000.000 دولار.

فيما يتعلق بحجمه في سماء الليل ، حسنًا ، بالطول يقارب ستة أضعاف قطر القمر ولكن يمكنك فقط رؤية الجزء المركزي اللامع. لمعرفة المدى الكامل ، تحتاج إلى تلسكوب ذي فتحة كبيرة وتصوير بالتعرض الطويل لجمع المزيد من الضوء وإنتاج صورة أفضل وأكثر تفصيلاً.

نأمل أن يكون هذا التفسير البدائي مفيدًا بعض الشيء. أندروميدا مرئية اليوم إذا سمح الطقس بذلك :)


بدت المجرات المبكرة متشابهة

مجموعة من المجرات المكتشفة حديثًا بتقنية ليمان بريك. رصيد الصورة: علم الفلك والفيزياء الفلكية. اضغط للتكبير
أجرى فريق دولي من علماء الفلك أحد أكثر المسوحات تفصيلاً لأبعد المجرات. هذه المجرات بعيدة جدًا ، نراها كما بدت عندما كان الكون أقل من نصف عمره الحالي. ومع ذلك ، فإن إحدى المفاجآت الكبرى لهذا المسح هو مدى تطابق هذه المجرات الفتية مع الهياكل التي نراها في الكون الحالي. هذا يعني أن المجرات ربما تطورت من خلال الاصطدامات والاندماجات في وقت أبكر بكثير مما كان يعتقد سابقًا.

اكتشف فريق من علماء الفلك من فرنسا والولايات المتحدة واليابان وكوريا بقيادة دينيس بورغاريلا مؤخرًا مجرات جديدة في الكون المبكر. تم اكتشافها لأول مرة في كل من الأشعة فوق البنفسجية القريبة والأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء البعيدة. سيتم نشر النتائج التي توصلوا إليها في عدد قادم من مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية. هذا الاكتشاف هو خطوة جديدة في فهم كيفية تطور المجرات.

أعلن عالم الفلك دينيس بورغاريلا (Observatoire Astronomique Marseille Provence، Laboratoire d & # 8217Astrophysique de Marseille، France) وزملاؤه من فرنسا والولايات المتحدة واليابان وكوريا مؤخرًا اكتشافهم لمجرات جديدة في الكون المبكر على حد سواء لأول مرة في الأشعة فوق البنفسجية القريبة وفي الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء البعيدة. أدى هذا الاكتشاف إلى أول تحقيق شامل للمجرات المبكرة. سيتم الإعلان عن هذا الاكتشاف في العدد القادم من مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.

حققت معرفة المجرات المبكرة تقدمًا كبيرًا في السنوات العشر الماضية. منذ نهاية عام 1995 ، استخدم علماء الفلك تقنية جديدة تُعرف باسم & # 8220Lyman-break Technology & # 8221. تسمح هذه التقنية باكتشاف المجرات البعيدة جدًا. يُنظر إليها كما كانت عندما كان الكون أصغر من ذلك بكثير ، مما يوفر أدلة على كيفية تشكل المجرات وتطورها. لقد نقلت تقنية Lyman-break حدود استطلاعات المجرات البعيدة بشكل أكبر إلى الانزياح الأحمر z = 6-7 (أي حوالي 5٪ من عمر الكون الحالي). في علم الفلك ، يشير الانزياح الأحمر إلى انزياح موجة الضوء من مجرة ​​تبتعد عن الأرض. يتم إزاحة الموجة الضوئية نحو أطوال موجية أطول ، أي نحو النهاية الحمراء للطيف. كلما زاد انزياح المجرة نحو الأحمر ، كلما ابتعدت عنا.

تعتمد تقنية ليمان بريك على خاصية & # 8220disappearance & # 8221 للمجرات البعيدة التي لوحظت في أطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية البعيدة. نظرًا لأن الضوء من مجرة ​​بعيدة يمتص بالكامل تقريبًا بواسطة الهيدروجين عند 0.912 نانومتر (بسبب خطوط امتصاص الهيدروجين ، التي اكتشفها الفيزيائي ثيودور ليمان) ، فإن المجرة & # 8220 تختفي & # 8221 في مرشح الأشعة فوق البنفسجية البعيدة. يوضح الشكل 2 "الاختفاء"؟ من المجرة في مرشح الأشعة فوق البنفسجية البعيدة. يجب أن يحدث انقطاع ليمان نظريًا عند 0.912 نانومتر. يمتص الهيدروجين الفوتونات ذات الأطوال الموجية الأقصر حول النجوم أو داخل المجرات المرصودة. بالنسبة للمجرات ذات الانزياح الأحمر العالي ، ينحرف الانزياح الأحمر لانقطاع لايمان بحيث يحدث بطول موجي أطول ويمكن ملاحظته من الأرض. من الملاحظات الأرضية ، يمكن لعلماء الفلك حاليًا اكتشاف المجرات ذات نطاق الانزياح الأحمر لـ z

6. ومع ذلك ، بمجرد اكتشافها ، لا يزال من الصعب للغاية الحصول على معلومات إضافية عن هذه المجرات لأنها خافتة للغاية.

لأول مرة ، تمكن دينيس بورجاريلا وفريقه من اكتشاف المجرات الأقل بعدًا عبر تقنية ليمان بريك. جمع الفريق بيانات من مصادر مختلفة: بيانات الأشعة فوق البنفسجية من القمر الصناعي GALEX التابع لناسا ، وبيانات الأشعة تحت الحمراء من القمر الصناعي SPITZER ، وبيانات في النطاق المرئي في تلسكوبات ESO. من هذه البيانات ، اختاروا حوالي 300 مجرة ​​تظهر اختفاءً بعيدًا للأشعة فوق البنفسجية. هذه المجرات لها انزياح أحمر يتراوح من 0.9 إلى 1.3 ، أي أنه يتم ملاحظتها في وقت كان فيه الكون أقل من نصف عمره الحالي. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف عينة كبيرة من مجرات Lyman Break في z

1. نظرًا لأن هذه المجرات أقل بعدًا من العينات التي تمت ملاحظتها حتى الآن ، فهي أيضًا أكثر إشراقًا وأسهل للدراسة في جميع الأطوال الموجية مما يسمح بإجراء تحليل عميق من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء.

أدت الملاحظات السابقة للمجرات البعيدة إلى اكتشاف فئتين من المجرات ، تتضمن إحداهما المجرات التي تبعث الضوء في نطاقات الأطوال الموجية القريبة من الأشعة فوق البنفسجية والمرئية. النوع الآخر من المجرات يصدر ضوءًا في نطاق الأشعة تحت الحمراء (IR) وما دون المليمتر. لم تُلاحظ مجرات الأشعة فوق البنفسجية في نطاق الأشعة تحت الحمراء ، بينما لم تُلاحظ مجرات الأشعة تحت الحمراء في الأشعة فوق البنفسجية. لذلك كان من الصعب شرح كيف يمكن لمثل هذه المجرات أن تتطور إلى مجرات في الوقت الحاضر تبعث الضوء في جميع الأطوال الموجية. من خلال عملهم ، اتخذ دينيس بورجاريلا وزملاؤه خطوة نحو حل هذه المشكلة. عند مراقبة عينتهم الجديدة من z

1 ، وجدوا أن حوالي 40٪ من هذه المجرات تبعث ضوءًا في نطاق الأشعة تحت الحمراء أيضًا. هذه هي المرة الأولى التي لوحظ فيها عدد كبير من المجرات البعيدة في كل من نطاقات الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء ، بما في ذلك خصائص كلا النوعين الرئيسيين.

من ملاحظاتهم لهذه العينة ، استنتج الفريق أيضًا معلومات مختلفة حول هذه المجرات. يتيح الجمع بين قياسات الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء تحديد معدل تكوين النجوم في هذه المجرات البعيدة لأول مرة. تتشكل النجوم هناك بنشاط كبير ، بمعدل بضع مئات إلى ألف نجمة كل عام (فقط عدد قليل من النجوم يتشكل حاليًا في مجرتنا كل عام). درس الفريق أيضًا مورفولوجيتها ، وأظهر أن معظمها مجرات حلزونية. حتى الآن ، يُعتقد أن المجرات البعيدة تتفاعل بشكل أساسي مع المجرات ذات الأشكال غير المنتظمة والمعقدة. أظهر دينيس بورجاريلا وزملاؤه الآن أن المجرات في عيّنتهم ، التي شوهدت عندما كان للكون حوالي 40٪ من عمره الحالي ، لها أشكال منتظمة ، تشبه مجرات اليوم مثل مجراتنا. إنهم يجلبون عنصرًا جديدًا لفهمنا لتطور المجرات.


اكتشف سبيتزر المجرات المخفية

كيف تخفي شيئًا كبيرًا ومشرقًا مثل المجرة؟ أنت تخنقه في الغبار الكوني. رأى تلسكوب سبيتزر الفضائي ناسا و # 8217s من خلال هذا الغبار لكشف مجموعة مخفية من المجرات الساطعة بشكل رهيب على بعد حوالي 11 مليار سنة ضوئية.

هذه المجرات الغريبة هي من بين أكثر المجرات إشراقًا في الكون ، فهي تتألق بما يعادل 10 تريليونات من الشمس. لكنهم بعيدون جدًا وغارقون جدًا في الغبار ، وقد تطلب الأمر أعين Spitzer & # 8217 عالية الحساسية بالأشعة تحت الحمراء للعثور عليهم.

& # 8220 نحن نرى مجرات غير مرئية بشكل أساسي ، & # 8221 قال الدكتور دان ويدمان من جامعة كورنيل ، إيثاكا ، نيويورك ، المؤلف المشارك للدراسة التي توضح تفاصيل الاكتشاف ، التي نُشرت في عدد اليوم & # 8217s من مجلة Astrophysical Journal Letters. & # 8220 ألمحت بعثات الأشعة تحت الحمراء السابقة إلى وجود مجرات مغبرة مماثلة منذ أكثر من 20 عامًا ، لكن تلك المجرات كانت أقرب. كان علينا أن ننتظر سبيتزر ليحلل بعيدًا بما يكفي في الكون البعيد للعثور عليها. & # 8221

من أين يأتي كل هذا الغبار؟ الجواب ليس واضحا تماما. يخرج الغبار من النجوم ، لكن من غير المعروف كيف انتهى الغبار بالرش في جميع أنحاء المجرات. لغز آخر هو السطوع الاستثنائي للمجرات. يتكهن علماء الفلك بأن سلالة جديدة من النجوم الزائفة المغبرة بشكل غير عادي ، وهي أكثر الأجسام إشراقًا في الكون ، قد تكون كامنة في الداخل. النجوم الزائفة مثل المصابيح الكهربائية العملاقة في مراكز المجرات ، مدعومة بالثقوب السوداء الضخمة.

يرغب علماء الفلك أيضًا في تحديد ما إذا كانت المجرات المتربة والمشرقة مثل هذه قد تطورت في النهاية إلى مجرات أكثر خفوتًا وأقل ضبابية مثل مجرتنا درب التبانة. & # 8220It & # 8217s نشأت النجوم المحتملة مثل شمسنا في أحياء أكثر غبارًا وإشراقًا ، لكننا حقًا لا نعرف. من خلال دراسة هذه المجرات ، سوف نحصل على فكرة أفضل عن تاريخ مجرتنا & # 8217s ، & # 8221 قال كورنيل & # 8217s الدكتور جيمس هوك ، المؤلف الرئيسي للدراسة.

قام الفريق بقيادة كورنيل أولاً بمسح جزء من سماء الليل بحثًا عن إشارات للمجرات غير المرئية باستخدام أداة على Spitzer تسمى مقياس ضوئي للتصوير متعدد النطاقات. قارن الفريق بعد ذلك آلاف المجرات التي شوهدت في بيانات الأشعة تحت الحمراء هذه بأعمق صور بصرية أرضية متاحة للمنطقة نفسها ، حصل عليها المرصد البصري الفلكي الوطني Deep Wide-Field Survey. أدى ذلك إلى تحديد 31 مجرة ​​لا يمكن رؤيتها إلا بواسطة سبيتزر. & # 8220 استغرقت هذه المنطقة الكبيرة عدة أشهر للمسح من الأرض ، & # 8221 قال الدكتور بويل جانوزي ، الباحث الرئيسي المشارك في المسح العميق واسع النطاق ، & # 8220 لذا فإن المجرات المتربة التي وجدها سبيتزر هي حقًا إبر في الكون كومة قش & # 8221

كشفت المزيد من الملاحظات باستخدام مطياف الأشعة تحت الحمراء Spitzer & # 8217s عن وجود غبار السيليكات في 17 من هذه المجرات الـ 31. حبيبات غبار السيليكات هي كتل بناء كوكبية مثل الرمل ، لكنها أصغر فقط. هذا هو أبعد وقت تم فيه اكتشاف غبار السيليكات حول المجرة. & # 8220 العثور على غبار السيليكات في هذه الحقبة المبكرة جدًا مهم لفهم متى نشأت أنظمة الكواكب مثل مجموعتنا في تطور المجرات ، & # 8221 قال الدكتور توماس سويفر ، مؤلف مشارك في الدراسة ، ومدير مركز سبيتزر للعلوم ، باسادينا ، كاليفورنيا ، وأستاذ الفيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، أيضًا في باسادينا.

ساعد غبار السيليكات أيضًا علماء الفلك في تحديد بُعد المجرات عن الأرض. & # 8220 يمكننا تفكيك الضوء من مجرة ​​بعيدة باستخدام مقياس الطيف ، ولكن فقط إذا رأينا توقيعًا مميزًا من معدن مثل السيليكات ، يمكننا معرفة المسافة إلى تلك المجرة ، & # 8221 Soifer قال.

في هذه الحالة ، تعود المجرات إلى زمن كان عمر الكون فيه ثلاثة مليارات سنة فقط ، أي أقل من ربع عمره الحالي البالغ 13.5 مليار سنة. تم التلميح إلى المجرات المماثلة لتلك الموجودة في الغبار ، ولكنها أقرب إلى الأرض ، لأول مرة في عام 1983 من خلال الملاحظات التي قام بها القمر الصناعي الفلكي المشترك بين ناسا والأوروبيين بالأشعة تحت الحمراء. في وقت لاحق ، سجلت وكالة الفضاء الأوروبية ومرصد الفضاء بالأشعة تحت الحمراء # 8217s أجسامًا قريبة قابلة للمقارنة. تطلب الأمر حساسية Spitzer & # 8217s المحسّنة ، 100 مرة أكبر من المهمات السابقة ، للبحث أخيرًا عن المجرات المتربة على مسافات بعيدة.

استخدم المرصد الوطني لعلم الفلك البصري المسح العميق واسع النطاق مؤسسة العلوم الوطنية & # 8217s تلسكوب 4 أمتار (13 قدمًا) في مرصد كيت بيك الوطني ، الواقع جنوب غرب توكسون ، أريزونا.

NASA & # 8217s Jet Propulsion Laboratory ، باسادينا ، كاليفورنيا ، يدير مهمة تلسكوب سبيتزر الفضائي لمديرية المهام العلمية التابعة لناسا و 8217s ، واشنطن العاصمة. تُجرى العمليات العلمية في مركز سبيتزر للعلوم. مختبر الدفع النفاث هو قسم من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. تم بناء مطياف الأشعة تحت الحمراء من قبل شركة Ball Aerospace Corporation ، Boulder ، Colo. ، وكان تطوير Cornell بقيادة هوك. تم بناء مقياس ضوئي للتصوير متعدد النطاقات بواسطة شركة Ball Aerospace Corporation ، وجامعة أريزونا ، وتوكسون ، وأريزونا ، وبوينغ أمريكا الشمالية ، في كانوجا بارك ، بكاليفورنيا ، وقد قاد تطويره الدكتور جورج ريكي من جامعة أريزونا.

كان الساتل الفلكي بالأشعة تحت الحمراء جهدًا مشتركًا بين وكالة ناسا ومجلس أبحاث العلوم والهندسة بالمملكة المتحدة والوكالة الهولندية لبرامج الفضاء الجوي بهولندا.


علم الفلك ، HWL04

أ) كل المجرات ولدت في نفس الوقت ، وكلها ستموت في نفس الوقت.

ب) تحتوي كل المجرات على بلايين النجوم ، وكل المجرات لها أشكال لولبية.

ج) جميع المجرات خارج المجموعة المحلية تبتعد عنا ، وكلما ابتعدت ، زادت سرعتها.

د) جميع المجرات خارج المجموعة المحلية تدور حول المجموعة المحلية.

أ) ذلك الجزء من الكون الذي صورناه حتى الآن من خلال التلسكوبات

ب) الجزء من الكون الذي لا يخفي عن الأنظار ، على سبيل المثال ، كونه تحت الأفق

ج) الجزء من الكون الذي يمكن رؤيته بالعين المجردة

أ) سرعة دوران الأرض حول الشمس ، والسرعات النموذجية للنجوم في الجوار الشمسي المحلي بالنسبة لنا ، وسرعة دوران الأرض على محورها ، وسرعة نظامنا الشمسي الذي يدور حول مركز مجرة ​​درب التبانة ، سرعات جدًا المجرات البعيدة بالنسبة لنا

ب) سرعة دوران الأرض حول محورها ، وسرعة دوران الأرض حول الشمس ، والسرعات النموذجية للنجوم في الجوار الشمسي المحلي بالنسبة لنا ، وسرعة نظامنا الشمسي الذي يدور حول مركز مجرة ​​درب التبانة ، وسرعاته جدًا. المجرات البعيدة بالنسبة لنا

ج) سرعة نظامنا الشمسي الذي يدور حول مركز مجرة ​​درب التبانة ، سرعة دوران الأرض حول الشمس ، سرعة دوران الأرض حول محورها ، سرعات المجرات البعيدة جدًا بالنسبة لنا ، السرعات النموذجية للنجوم في المنطقة المحلية حي الشمسي بالنسبة لنا

د) سرعة دوران الأرض حول الشمس ، وسرعة دوران الأرض على محورها ، وسرعة نظامنا الشمسي الذي يدور حول مركز مجرة ​​درب التبانة ، والسرعات النموذجية للنجوم في الجوار الشمسي المحلي بالنسبة لنا ، سرعات فائقة جدًا المجرات البعيدة بالنسبة لنا


كيف يمكننا إحصاء المجرات إذا كانت تتطور أو تنفد؟

هل تقدير عدد المجرات في الكون يحتوي فقط على تلك الموجودة الآن ، أم تلك التي يمكننا رؤيتها الآن بعد أن انتقل ضوءها إلينا؟ أعني ، بعض ما نراه الآن لابد أنه تطور ومات. عندما تنظر إلى السماء ، هل ترى نفس الشيء يتكرر ، مثل نجم على سبيل المثال ، فقط في أوقات ومسافات مختلفة؟

تُظهر هذه الصورة ذات الألوان الزائفة رقعة من السماء تُعرف باسم "Lockman Hole" ، كما لوحظ من قبل. [+] أداة SPIRE على متن Herschel. يقع "Lockman Hole" في الكوكبة الشمالية لـ Ursa Major ، The Great Bear ، وهو حقل في السماء خالي تقريبًا من التلوث الأمامي ، وبالتالي فهو مناسب بشكل مثالي لرصد المجرات في الكون البعيد. كل نقطة في الصورة تقريبًا عبارة عن مجرة ​​كاملة ، تحتوي كل منها على مليارات النجوم وتظهر كما كانت قبل 10-12 مليار سنة ، عندما كان عمر الكون بضعة مليارات من السنين فقط. تمثل الألوان الأزرق والأخضر والأحمر الأطوال الموجية الثلاثة للأشعة تحت الحمراء البعيدة المستخدمة في ملاحظات هيرشل: 250 و 350 و 500 ميكرون ، على التوالي. المجرات الموضحة باللون الأبيض لها شدة متساوية في جميع النطاقات الموجية الثلاثة وهي التي تشكل معظم النجوم. يعد اكتشاف هذه المجرات بشكل فردي أمرًا صعبًا بشكل خاص ، حيث إنها باهتة للغاية ومتعددة ، لذا يتداخل الكثير منها في صور هيرشل. ينتج عن ذلك ضباب من الأشعة تحت الحمراء يُعرف باسم الخلفية الكونية للأشعة تحت الحمراء (CIB) ، والتي تعكس نمط تجمع المجرات المسؤولة عن هذا الضباب. لذا فإن دراسة CIB وتقلباته هي أداة قوية للغاية لاستكشاف الطريقة التي تميل بها المجرات إلى التجمع على كل من المقاييس الصغيرة والكبيرة. رصيد الصورة: اتحاد ESA & amp SPIRE & amp ؛ اتحاد HerMES

تعد محاولة حساب العدد الإجمالي للمجرات في الكون مهمة صعبة ، وتصعب بسبب الجزء الذي لا يرغب فيه أحد في قضاء وقت غير محدود في عد المجرات. بدلاً من ذلك ، ما نفعله عادةً هو حساب عدد المجرات في منطقة صغيرة جدًا من السماء. عادة ما يحدث هو أننا نوجه تلسكوبًا إلى بقعة فارغة ومظلمة من السماء ، وننتظر بعض الوقت. لقد فعلنا ذلك عدة مرات مع هابل ، حيث أنشأنا ما نسميه الآن الحقول العميقة. لدينا الآن حقل هابل العميق ، وحقل هابل شديد العمق ، وحقل هابل العميق الأقصى. (مرة أخرى ، يثبت علماء الفلك أنهم أسماء عملية بارزة.) بمجرد أن نحصل على صورة عميقة حقًا ، يمكننا بعد ذلك افتراض أن كل بقعة أخرى من السماء ستبدو متشابهة تقريبًا (بقدر ما يمكننا أن نقول ، افتراض صحيح). يمكننا بعد ذلك ضرب عدد المجرات في تلك القطعة من السماء في جزء السماء الذي نظرنا إليه ، والحصول على جدا تقدير تقريبي للعدد الإجمالي للمجرات. المعزوفة مرحبًا: عدة مئات من مليارات المجرات!

مثل المصورين الذين يقومون بتجميع مجموعة من أفضل اللقطات ، قام علماء الفلك بتجميع صورة جديدة ومحسنة. [+] صورة لأعمق رؤية للبشرية للكون على الإطلاق. تم تجميع الصورة ، التي يطلق عليها اسم المجال العميق الأقصى أو XDF ، من خلال الجمع بين 10 سنوات من صور تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا والتي التقطت لرقعة من السماء في مركز حقل هابل الأصلي فائق العمق. XDF هو جزء صغير من القطر الزاوي للقمر الكامل. حقل هابل فائق العمق هو صورة لمنطقة صغيرة من الفضاء في كوكبة فورناكس ، تم إنشاؤه باستخدام بيانات تلسكوب هابل الفضائي من عام 2003 إلى عام 2004. من خلال جمع الضوء الخافت على مدى ساعات عديدة من المراقبة ، كشف عن آلاف المجرات ، القريبة منها والجديدة جدًا. بعيدًا ، مما يجعلها أعمق صورة للكون تم التقاطها في ذلك الوقت. تصل صورة XDF الجديدة بالألوان الكاملة إلى المجرات الأكثر خفوتًا ، وتتضمن تعريضات عميقة للغاية في الضوء الأحمر من كاميرا الأشعة تحت الحمراء الجديدة من هابل ، مما يتيح إجراء دراسات جديدة لأقدم المجرات في الكون. يحتوي XDF على حوالي 5500 مجرة ​​حتى ضمن مجال الرؤية الأصغر. أضعف المجرات هي واحد على عشرة بلايين من سطوع ما يمكن أن تراه العين البشرية. حقوق الصورة: NASA و ESA و G. Illingworth و D.Magee و P. Oesch (جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز) و R. Bouwens (جامعة Leiden) وفريق HUDF09

لكنك تستفيد تمامًا من اقتراحك أنه لا يمكننا رؤية سوى المجرات التي وصلنا ضوءها. هذا يحد بشكل أساسي من مراقبتنا ، بحيث تكون المجرات الأبعد عنا هي أيضًا بعيدة جدًا عن عصرنا الحالي.

وهنا نبدأ لغزًا عملاقًا ، لأن المجرات الأبعد ، والتي نراها الأبعد في الماضي ، مختلفة تمامًا عن المجرات التي نراها في كوننا المحلي القريب ، والذي نراه أقرب بكثير إلى وقتنا الحالي. هذا يعني ، مرة أخرى كما تقترح ، أن المجرات القديمة التي يمكننا اكتشافها في صور مثل حقول هابل العميقة ، يجب أن تكون قد تطورت وتغيرت بين الوقت الذي تركها الضوء الذي نلاحظه ، و الآن. المجرات التي كانت مستقلة في يوم من الأيام ستكون قد اندمجت في مليارات السنين التي مرت بينما كان هذا الضوء يشق طريقه الطويل إلينا. Some galaxies will have used up or lost the gas they need to create new stars - one of the few ways a galaxy can “die out”, though its existing stars will disagree with you on how dead they are. Some galaxies will have uneventful evolutions, though they will still evolve. At a base level, galaxies will be creating more stars over time and adding to their own mass, though the number of new stars they make each year will drop over time.

It is known today that merging galaxies play a large role in the evolution of galaxies and the . [+] formation of elliptical galaxies in particular. However there are only a few merging systems close enough to be observed in depth. The pair of interacting galaxies picture seen here — known as NGC 3921 — is one of these systems. NGC 3921 — found in the constellation of Ursa Major (The Great Bear) — is an interacting pair of disc galaxies in the late stages of its merger. Observations show that both of the galaxies involved were about the same mass and collided about 700 million years ago. You can see clearly in this image the disturbed morphology, tails and loops characteristic of a post-merger. The clash of galaxies caused a rush of star formation and previous Hubble observations showed over 1000 bright, young star clusters bursting to life at the heart of the galaxy pair. Image credit: ESA/Hubble & NASA

Untangling the complex line which can connect a nearby galaxy to the sort of galaxy it might have been, billions of years ago, is a whole subfield of astronomy, under the moniker of galaxy evolution.

It’s important to keep in mind that it’s not quite as simple as seeing the same things repeated over and over again. The galaxies we see much earlier in their lives than our own are truly, physically, very far away, which is why we see them so far removed in time. They will be evolving over time in their own physical space, but they should evolve into something that looks like the galaxies near us. Distant galaxies seem to be the same everywhere we look, so we shouldn’t be looking at a special group of distant galaxies that would evolve in a unique way. They’re not the same galaxies as the ones that built our own galaxy, but they should be pretty similar. It’s up to us to learn what the pathway between ancient and current day must have been.


Hubble Finds Most Distant Galaxy Yet

By: Monica Young March 4, 2016 2

احصل على مقالات مثل هذه المرسلة إلى صندوق الوارد الخاص بك

Astronomers using the Hubble Space Telescope have measured a precise distance to a galaxy dwelling in the cosmic dawn.

The Hubble Space Telescope has enabled a precise distance measurement to the galaxy dubbed GN-z11, which was furiously forming stars 400 million years after the Big Bang. The galaxy appears red in this infrared image, but if its light didn't have to traverse space and time to reach us, its new stars would be burning blue.
NASA / ESA / P. Oesch / G. Brammer / P. van Dokkum / G. Illingworth

Does the title give you a sense of déjà vu? Surely, you might think, we’ve probed the farthest stretches of the universe before. And we are indeed approaching the limit to what the Hubble Space Telescope can see of the cosmic dawn — yet the fortune-favored satellite still has some surprises in store for us.

Astronomers had already used Hubble to find hundreds of galaxies that existed less than 1 billion years after the Big Bang, as well as a handful that were around even earlier than that. Now, observations have zeroed in with greater precision than ever before on one particular object that breaks all previous distance records: a humdinger of a galaxy dubbed GN-z11 that dwells in a universe just 400 million years old (at a redshift of 11.1, in astronomer-speak).

Though the universe only started forming stars when it was about 100 million years old, this galaxy already holds a billion Suns’ worth of mass in its stars. It’s churning out even more at a rate between 14 and 34 solar masses a year — dozens of times higher than Milky Way’s stars formation rate.

"It's amazing that a galaxy so massive existed only 200 million to 300 million years after the very first stars started to form,” said Garth Illingworth (University of California, Santa Cruz) in a press release. “It takes really fast growth, producing stars at a huge rate, to have formed a galaxy that is a billion solar masses so soon."

This diagram shows a timeline of the universe, stretching from the present day (left) all the way back to the Big Bang (right). The previous record-holder at a spectroscopic redshift of 8.68.
NASA / ESA / B. Robertson / A. Feild

Thanks to its stars, GN-z11 is incredibly luminous, radiating three times the ultraviolet light typical of galaxies in that early era. That trait was key to measuring its distance with such high precision.

Once More, With Precision

When galaxies lie so far away, not only do they appear faint, but their light also shifts redward, the wavelengths stretching out as they traverse space and time. Light that was initially emitted at ultraviolet wavelengths has lengthened to infrared radiation by the time it arrives at Hubble’s detectors.

Astronomers measure distance to these faraway galaxies by looking for a clear imprint in their spectra. Hydrogen that fills the early universe absorbs virtually all light at wavelengths shorter than 121 nanometers. So while a galaxy’s light at longer wavelengths may pass through the universe relatively unmolested, light at wavelengths shorter than that magic number will disappear, absorbed into interstellar and intergalactic gas.

Galaxies emit light at many wavelengths, but some light will be absorbed by clouds of hydrogen gas. That break, where light is absorbed into gas clouds and disappears from the spectrum, shifts to longer wavelengths as the galaxy's light travels the long way to Earth. Taking a spectrum can identify the location of this break precisely, but often astronomers are limited to images rather than spectra. In the latter case, they look for a galaxy to disappear from images taken at shorter wavelengths.
NASA / ESA / C. Christian and Z. Levay

Locating this break in a spectrum gives astronomers an easy measure of how far a galaxy’s light has shifted redward — its spectroscopic redshift. But easy is only as easy does: Hubble’s deep looks capture regions of space teeming with faint and faraway galaxies (such as CANDELS), and it’s far from easy to take the spectrum of every object in the field of view.

Instead astronomers collect the poor man’s version of a spectrum by taking pictures of the same field at many different wavebands. They locate the drop-off in light when they see a galaxy disappear from images taken at shorter wavebands. This process gives an object’s so-called photometric redshift.

But photometric redshifts can be deceiving. A previous record-holder for the “most distant galaxy” title had the lovely name UDFj-39546284. Its photometric redshift of 11.9 placed it in a universe just 380 million years old. But follow-up spectra called that result into question: the galaxy might actually lie much closer to Earth than originally thought. The next most distant galaxy has a photometric redshift of 10.7.

Spectroscopic redshifts remain the golden standard for measuring distance — it’s just been difficult to find galaxies bright enough to pass through a spectrograph with a legible result. GN-z11 happens to be exceptionally bright, and that’s what enabled Pascal Oesch (Yale) and his team to measure its redshift so precisely. The result will be published in the مجلة الفيزياء الفلكية.

This result may represent the edge of Hubble’s reach, but it’s only the beginning when it comes to future telescopes such as James Webb and WFIRST, whose longer-wavelength detectors will probe hundreds of galaxies even further back in cosmic time.

Watch the video below to find the whereabouts of this galaxy in your night sky:


Truth Behind the Photos: What the Hubble Space Telescope Really Sees

The nearly 20-year-old Hubble Space Telescope has taken many iconic images of the cosmos and is even the star of a new 3D IMAX movie that gives viewers a chance to fly through those snapshots. But does Hubble show us what the universe really looks like?

Yes and no, according to NASA.

When Hubble beams down images, astronomers have to make many adjustments, such as adding color and patching multiple photos together, to that raw data before the space observatory's images are released to the public.

Hubble doesn't use color film (or any film at all) to create its images. Instead, it operates much like a digital camera, using what's called a CCD (charge-coupled device) to record incoming photons of light. [Spectacular Photos From The Revamped Hubble Space Telescope]

Hubble's CCD cameras don't measure the color of the incoming light directly. But the telescope does have various filters that can be applied to let in only a specific wavelength range, or color, of light. Hubble can detect light throughout the visible spectrum, plus ultraviolet and infrared light which is invisible to human eyes.

The observatory will often take photos of the same object through multiple filters. Scientists can then combine the images, assigning blue light to the data that came in through the blue filter, for example, red light to the data read through the red filter and green light to the green filter, to create a comprehensive color image. [Most Amazing Hubble Discoveries ]

"We often use color as a tool, whether it is to enhance an object's detail or to visualize what ordinarily could never be seen by the human eye," NASA officials explain on the agency's Hubble Web site.

For some Hubble photos, such as the galaxy ESO 510-G13 for example, the end result is a close approximation of the colors people would see with their own eyes were they to visit the distant sight in a spacecraft.

Though even these photos are an enhanced version, since most celestial objects, such as nebulas, emit colors that are too faint for human eyes to make out. It takes a telescope, letting light build up in its CCD over time, to see the rich hues in Hubble photos.

And for other Hubble images, scientists assign colors to the filters that don't correspond to what that light would look like to human eyes. They do this when using light from infrared and ultraviolet filters, since those wavelength ranges have no natural colors, or when combining light from slightly different shades of the same color.

"Creating color images out of the original black-and-white exposures is equal parts art and science," NASA said.

For example, Hubble photographed the Cat's Eye Nebula through three narrow wavelengths of red light that correspond to radiation from hydrogen atoms, oxygen atoms, and nitrogen ions (nitrogen atoms with one electron removed). In that case, they assigned red, blue and green colors to the filters and combined them to highlight the subtle differences. In real life, those wavelengths of light would be hard to distinguish for humans.

The Hubble Space Telescope launched in April 1990 and has been visited by NASA astronauts multiple times for vital repairs, maintenance and upgrades.

The most recent visit was in May 2009, when astronauts performed five tricky spacewalks to add a new camera, spectrograph, and make unprecedented repairs and upgrades that left Hubble more powerful than ever before.

NASA scientists hope those upgrades will add at least five more years of life to the aging Hubble Space Telescope.


Why explore a galaxy, far, far away?

Looking at billion-year old galaxies will help us understand life, the universe and everything, writes Kylie Andrews.

The Andromeda Galaxy, which is only 2.5 million light-years away from Earth, is a spiral galaxy. The galaxies in Galaxy Explorer are much further away. (Source: NASA/JPL-Caltech)

It's part of being human to want to make sense of the world around us.

These days, expanding our knowledge involves looking further and further out into space, grappling with some of the mind-bogglingly vast questions about the existence of the universe and trying to understand the creation of everything in it.

That's the purpose of Galaxy Explorer, ABC Science's citizen science project asking regular people to help scientists classify galaxies to help out astronomers.

The research project behind Galaxy Explorer is the Galaxy and Mass Assembly (GAMA) project — a global research project led by Professor Simon Driver from the International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) in Western Australia.

"GAMA is blue sky," says Driver, "we want to understand the evolution of energy, the evolution of mass and the evolution of structure."

Most of us are more concerned about whether our energy is renewable or not, and how much it costs! But the astronomers involved in Galaxy Explorer want to understand the origin of energy in the universe.

"We want to understand all the processes in the universe that generate energy, and we want to understand how this has evolved," says Driver.

And that's just one of the big questions they're interested in.

Why look at images of far-off galaxies?

There are over 200,000 images of galaxies between 800 million to 4 billion light-years away to be classified by citizen scientists in Galaxy Explorer.

Comparing distant galaxies will help scientists understand inconsistencies with what's observed in the universe and what's predicted by Einstein's equations, and as a result may change our fundamental understanding of dark matter and dark energy.

They will also help astronomers understand how galaxy evolution has changed through time, which will provide insight into how the processes in the universe have evolved.

"We're drilling a hole right through the universe, collecting samples of galaxies," says Driver.

"Because it takes so long for light to travel when we're looking at something further away we're looking at something as it was in the past."

It's very analogous to drilling a core sample in Antarctic, he says, where every layer tells you something about what conditions on Earth were like at different times.

Similarly, astronomers can look at examples of nearby galaxies and far-away galaxies and work out how they might have changed.

Galaxy evolution has changed through the history of the universe

Astronomers believe the process that drives galaxy growth has changed from the time of the early universe.

"So far we think that right after the Big Bang, gravity started to pull galaxies together, and then they went through a period when there was lots of merging, lots of collisions, and violent episodes leading to distorted looking galaxies," says Driver.

Galaxies undergoing collisions tend to be highly distorted and have an asymmetrical shape.

While mergers may have been the dominant process early on, gas accretion is much more common now, he says. This occurs when a galaxy swallows gas and it results in a symmetrical flattened rotating disk of stars, often with spiral arms.

"That's when we start to see the beautiful spiral arms and those sort or ordered symmetrical structures," says Driver.

Comparing galaxies of differing age should allow astronomers to confirm this theory of galaxy evolution.

"It will also provide detailed information about when mergers were taking place, when the gas accretion began, and when galaxies first started to develop spiral arms and other features of more ordered systems," says Driver.

What does the shape and size of the galaxy tell us?

These are some of the different types of galaxies you'll see in Galaxy Explorer

Each galaxy carries a record of how it formed and its evolutionary history is encoded in its shape, colour, and features.

If a galaxy has a central bulge then it's probably the result of a merger that has had time to re-organise itself into a spherical shape. If it's a thin disc then it's grown by slowly swallowing gas.

"A lot of galaxies we see have a central bulge and a thin disk. Which suggests that the galaxy first formed by merging and then later on it formed a disc through gas accretion," says Driver.

If a galaxy looks messy or irregular then it's undergoing a significant evolutionary event — either merging with another galaxy or accreting gas very fast. These galaxies aren't in equilibrium.

Alternatively, if a galaxy is left alone and hasn't undergone any major mergers for a long time then a bar may start forming. This begins if there's a region where there are slightly more stars. With time, these stars tend to pull others towards them.

"An over-density of stars rotating round a galaxy's centre will pull on the ones in front, slowing them down, and accelerate the ones behind," says Driver.

"And over time, you go from a flat Frisbee-like structure to a galaxy with a bar. But it only happens if a galaxy is left alone. If another galaxy goes by, it gives enough of a kick that disrupts that bar process."

When it comes to spiral arms, the process that forms them is not fully understood.

"They're believed to be a shock-wave or density-wave that permeates out from the centre of the galaxy," says Driver.

Many galaxies have all three features — bulges, bars and spiral arms — telling a complex story of evolution.

Why we need citizen scientists to help

With the help of citizen scientists, the astronomers will be able to very quickly build up statistics as to how many galaxies have bars, how many have spiral arms, how many have bulges, how many are in a state of merging, and how many look very smooth.

"These statistics can be used to build a model of how the entire galaxy population in the universe has evolved," says Driver.

"It would take an enormous amount of time for us to go through every galaxy one by one — we're just a team of five or six here."

The astronomers understand that the process of classifying galaxies will be challenging for some people. It's a process they themselves often have trouble with.

"That's why we have to make sure that every galaxy is looked at by five people," says Driver.

"We should then be able to look at the average of those five. If they all agree it's a dead certainty. If all five disagree then it's probably one of those ones that's really hard to classify and we need to have a look at it ourselves. And if four agree and one doesn't then we can probably weed that one person out, and go with the majority."

Answering the big questions

Besides the evolution of galaxies and the origin of energy, Driver and his team are also interested in other big questions like how mass built up in the universe and the processes that created gravity.

"So maybe if we carry on studying the distribution of galaxies, carrying on studying the motions of galaxies we'll start to get some insight.

"We're just trying to understand this strange force called gravity in all its glory, and then one day we may find a way to harness it, just like we harnessed electromagnetism and use it to our benefit."

How you can helpCan you volunteer some time to be a citizen scientist? Visit Galaxy Explorer and start classifying galaxies for astronomers as part of a real research project. Get involved in August and you could win a wi-fi telescope. Schools can join in too.

Use these social-bookmarking links to share Classify a galaxy, far, far away.


Astronomers accidentally discover a nearby galaxy in a Hubble image!

Stars, gas, clusters, galaxies… even though they're separated by vast distances in space, we don’t directly notice that distance when we look up at the sky because that third dimension is compressed. Something very far away can appear to be right next to something much closer to us, like looking out a window and seeing a nearby tree apparently right next to a distant mountain.

There's so كثير stuff out there, though, that coincidental superposition happens a lot. We just don't see it often in astronomical photos because for the most part these objects are so far away they're really, really faint, so they don't show up in the pictures unless the telescope is big, the camera sensitive, and the exposure time long.

Hey, Hubble's kinda big, has sensitive cameras, and can take long exposures. So yeah, it sees these sorts of things all the time. Many shots from Hubble show nearby stars, distant galaxies and everything in-between in a single image.

Well, not everything. Even nearby objects can be dim if they're intrinsically faint… and that brings me to an observation that I simply love.

The globular cluster NGC 6752 (bottom), when observed near its core with Hubble (right), reveals it’s hiding a very dim dwarf galaxy (upper left). Credit: NASA, ESA, L. Bedin (Astronomical Observatory of Padua, Italy), and Digitized Sky Survey 2

At the bottom of that image is a ground-based image of the globular cluster NGC 6752, a roughly spherical collection of over 100,000 stars all orbiting each other. As a unit they orbit our Milky Way and are about 13,000 light years from Earth.

Astronomers pointed Hubble at NGC 6752 for a long, long time, taking incredibly deep exposures of it to see the very faintest stars they could, so they can better understand the population of faint stars residing there. The science behind this is interesting and important, but it yielded an extra dividend: while they were examining the Hubble images taken near the core, they found a small clutch of faint stars all together in one spot.

The tiny and faint dwarf galaxy Bedin I is almost hidden in the background among the much brighter stars in the globular cluster NGC 6752. Note several other far more distant galaxies can be seen, too. Credit: NASA, ESA, and L. Bedin (Astronomical Observatory of Padua, Italy)

As you can see in the image, most of the stars in NGC 6752 are brighter and evenly spread around, so these being dimmer and clumped together meant they were looking at something different: An extremely faint galaxy, far in the background of the globular cluster!

But how far? Given that individual stars can be seen in the galaxy — which the astronomers named Bedin I, after the lead investigator on the team, Luigi Bedin — it can’t be too far away, but the exact distance is important to figure out. Analyzing the stars in this galaxy is really hard, though, because for one thing it's incredibly dim. Their combined light brings this galaxy to a magnitude of about 20 — the faintest star you can see with your naked eye is 400,000 times brighter. And that's for the whole galaxy the individual stars are hundreds of times fainter.

The globular cluster NGC 6752, in a Hubble image taken in 2012. Credit: ESA/NASA/Wikisky

Worse, it's sitting right near the core of NGC 6752 (well, from our point of view), so there are lots of far brighter stars sitting near and even on top of it, contaminating the sample. And finally, as bad luck would have it, the galaxy is near the edge of the image’s field of view. The technique used to combine all the observations into one super-deep image tends to make observations near the edge shallower, so we don't see the faintest stuff in the galaxy as well as if it were near the center of the field of view.

Still, enough individual stars are visible for the astronomers to examine them carefully. They were able to find quite a few red giant stars, which are great benchmarks: The very brightest of these old, dying stars tend to always give off the same amount of light, so by measuring how bright they يظهر we can measure their distance.

The astronomers determined that Bedin I is about 28 million light years away. That's close, relatively speaking, though well outside the Local Group of galaxies which holds our Milky Way, Andromeda, and a couple of dozen other galaxies. Given how bright it is, that makes Bedin I a dwarf galaxy for sure. It's about 2,700 x 1,100 light years in size, which is tiny — the Milky Way is 100,000 light years across!

But this gets better. Looking at the colors of the stars, the astronomers found that the stellar population is old, and I mean قديم: something like 13 billion years old, almost as old as the Universe itself! This galaxy formed right after the cosmos did, made a bunch of stars right away, then… stopped. It doesn't appear to have any gas or dust left in it, so it doesn't have the materials needed to make more stars.

The spiral galaxy NGC 6744, a nearby spiral that’s quite similar to the Milky Way. الائتمان: ESO

That makes Bedin I a dwarf spheroidal galaxy — a relic galaxy, a fossil of truly ancient times. It also appears to be isolated, not near any other galaxies, so it's likely to have been untouched since it formed eons upon eons ago. It does appear to be in the same region of sky and at about the same distance as the big spiral NGC 6744 (which coincidentally, I wrote about just a few months ago), but even then they're separated by at least two million light years, a huge distance (Andromeda is about that far from the Milky Way), so even then it looks very likely that Bedin I is quite isolated.

What a great discovery! This is probably the least luminous galaxy every seen at such a distance in fact second place is held by a galaxy much, much closer to us. Intrinsically faint galaxies are incredibly difficult to detect past about 13 million light years, so Bedin I is a treasure at more than twice that distance. We don't have many examples of these dwarf spheroidal galaxies because they're so hard to detect, so this one can help astronomers understand how they form, how they've lived, and what this means for bigger galaxies like ours (which grew to their present huge size in part due to gobbling down dozens of smaller galaxies like this one).

Like I said, I love this. When I worked on Hubble one of my favorite self-imposed tasks was looking at all the images we got to see if anything interesting showed up in the background. I found a lot of cool stuff (including a planetary nebula in a nearby galaxy that we got enough info on to publish a short paper), but nothing as important as this.


The Galactic Eye of Sauron

Oooo, what a pretty galaxy! That’s NGC 4151, a spiral galaxy in the constellation of Canes Venatici. This image was taken by my friend Adam Block using the 81 cm Schulman Telescope at the Mount Lemmon SkyCenter in Arizona. It’s an amazing 20 hour exposure! And oh my yes, you want to see the full-res version. It’s a stunner.

As you can see though, as beautiful as it is, NGC 4151 is a bit odd. It has far-flung and faint spiral arms, but also a brighter ring of stars and gas closer to the center. The ring is blue, indicating the presence of lots of hot, young, massive stars these blast out bluer light than the Sun does, and at much higher rates, making their existence clear.

NGC 4151 is one of the closest galaxies in the Universe with an actively feeding black hole in its center. As far as we know, all big galaxies have a supermassive black hole at their hearts, ranging from millions to billions of times the Sun’s mass. But most are quiescent, dark. Some, though, have material falling into them. This stuff piles up around the hole, forming a flat disk called an accretion disk. The material in the disk can get جدا hot, and also very bright. So, while the black hole itself is dark, that material can be so bright it can make the galaxy visible clear across the Universe.

So how far away is NGC 4151? Most catalogs list it as roughly 40 million light-years away. But a paper from 2014 shows that it’s much farther than that: more like 60 million light-years! The new study used a nifty technique, called echo mapping.

When matter falls into the black hole, it is not always a smooth flow. A star can fall in, or a big clump of material. When that happens, a flare of high-energy light is emitted. This can light up the disk of material around the black hole, but there’s a delay in how long it takes the disk to brighten because of the huge distances involved it takes time for the light to reach it. By carefully measuring the time it takes for the disk to respond to a flare, and comparing that with the measured size of the disk, the distance to the galaxy can be found.

The new measurement of 62 million light-years looks pretty good. The old measurements are based on things like the galaxy’s redshift, and that can be misleading for nearby galaxies (if it’s in a cluster, for example, it can be moving rapidly and mess up the redshift measurements). Apparently, something like that is the case here, and NGC 4151 is half again farther away than we thought.

I find it rather humbling that we are still figuring out the distances to even nearby galaxies. Sometimes we have a lot of confidence in the distance, and other times we’re off by a factor of 50 percent or more. It’s a good reminder that we need to be careful about such things.

But at the same time, it’s astonishing that we can measure the distances to galaxies at all! Even nearby galaxies are so far away that the light we see left them when humans barely existed, and for many we see light so ancient the Earth itself hadn’t formed when they sent their photons our way. And yet, despite distances so terrible they crush our sense of scale, we can still get a decent measurement just how large that distance is.

I love that we’re so curious as a species that we want to find out answers to questions like these: How far away are galaxies? Why are they shaped the way they are? How are they formed, how do they age, how do they die? Why do they all have monster black holes in their cores?


شاهد الفيديو: 26 من أفضل الصور الملتقطة بواسطة تلسكوب هابل الفضائي (أغسطس 2022).