Astronomie v obrazech: Hubbleův hluboký snímek

Robert Williams měl díky své pozici k dispozici 5-10% celkového pozorovacího času (anglicky DDT – Director’s Discretionary Time), kterého mohl využít podle své libosti. Tradičně byl tento čas věnován výzkumným skupinám, kteří měli za cíl pozorovat přechodné jevy, např. supernovy. Tyto velmi jasné exploze jsou nejlepší kandidáti na pozorování nejvzdálenějších objektů. Jsou totiž jasnější než celé galaxie. Vědecké autority tehdejší doby se shodly na tom, že by bylo pro Hubblea velmi obtížné objevit významnou populaci vzdálených galaxií. Nicméně, Williams a jeho kolega na postdocu, Mark Dickinson, měli jiný názor – rozhodli se pro pozorování galaxií.

Budoucí hluboké pole muselo splňovat několik kritérií. Pozorování muselo probíhat mimo rovinu naší Galaxie, aby plyn a prach našeho hvězdného domova nepotlačoval světlo slabých galaxií. Bylo také potřeba mít v zorném poli co nejméně jasných zdrojů ve viditelném, IR, UV, a RTG spektru, které by narušovaly naměřený signál. Z 20 zdrojů byly vybrány 3, všechny ve Velké Medvědici. Finální pozice je na obrázku. Je v terčíku hned vedle fialové části Velké Medvědice, Velkého vozu. Terčík označuje polohu oblasti, ale samotné pole je ještě menší.

A teď trocha čísel. Pole pokrývá oblast tenisového míčku vzdáleného 100 metrů; jinými slovy, je to 1/24 miliontina plochy celé noční oblohy. Skládá se ze 342 dlouhých expozic, které byly kontinuálně pořizovány v období Vánoc, 18.-28.12. 1995. Celkový čas všech expozic byl tedy 10 dní, nebo ještě jinak, asi 1 milion sekund. Výsledný obrázek vznikl složením všech předchozích expozic. Je to poměrně objemná fotka, trochu oříšek pro tehdejší paměťová média: originál má objem 110 MB, což by stačilo na zaplnění celé flashky s typickým objemem 128 MB. Na současné flashky by se nám vešlo mnoho tak objemných fotek. Hluboké pole v tomto článku je verzí s pouze 0,28 MB. Doporučujeme si obrázek co nejvíce zvětšit.

Výsledky byly prezentovány na světové astronomické konferenci (AAS) v roce 1996. K překvapení zúčastněných bylo odhaleno obrovské množství vzdálených galaxií různých druhů, i přes tak zdánlivě prázdné místo na obloze. Odhadovaný počet všech galaxií je asi 3000, některé malé mají jen několik pixelů na délku. Většina objektů na snímku jsou celé galaxie.

Na obrázku lze také rozlišit modré, bodové objekty. Ty, které jsou spojeny materiálem s dalšími galaxiemi, jsou pravděpodobně velké továrny na výrobu hvězd s množstvím plynu. Izolované modré body byly vzdálené kvazary – centra galaxií tak jasná, že přezařovaly světlo svých mateřských galaxií. Slabé, nažloutlé až rudé objekty jsou od nás významně vzdálené galaxie, které v důsledku rudého posuvu změnily rychlostí pohybu svou barvu. Nejvzdálenější galaxie byla identifikována s červeným posuvem z = 5.7, což odpovídá vzdálenosti 12 miliard světelných let. Vzhledem k tomu, že světlu trvá také 12 miliard let k nám doletět, vidíme tyto galaxie tak, jak vypadaly před miliardami let. Pravděpodobně v současnosti vypadají úplně jinak, velká část z nich se spojila, stejně tak jako se Galaxie jednou spojí s galaxií v Andromedě.

Hubble dále ukázal velké množství narušených galaxií, které byly zformovány srážkami, obecněji gravitačními interakcemi se svými sousedy. Takové množství jsme také nečekali; v raném vesmíru byly však tyto interakce mnohem častější než v současnosti, kvůli menším rozměrům vesmíru. Díky tomuto obrázku jsme dostali příležitost ke zkoumání různých druhů galaxií v různých stádiích jejich vývoje.

Po úspěchu Hubbleova pozorování vzrostl zájem provést vícero pozorování tohoto druhu v různých oblastech elektromagnetického spektra. Nejen Hubbleova pozorování se staly základem pro další vědecká bádání.

• 2004 – Hubbleovo ultra-hluboké pole; 10 000 galaxií, s nejstaršími galaxiemi narozenými jen stovky milionů let po Velkém třesku

• 2012 – Hubbleovo Xtrémně hluboké pole; nejslabší galaxie viditelné na obrázku jsou v realitě 0,000 000 000 1x slabší než nejslabší objekt viditelný pouhým okem na noční obloze

• 2022 – Webbovo hluboké pole; snímek mladého vesmíru s největším rozlišením v době pozorování (nasnímáno infračervenou kamerou), je na něm zobrazena kupa galaxií, která svou obrovskou hmotností ohýbá světlo z objektů vycházející zezadu – můžeme vidět jako protáhlé obloučky na obrázku dole; efekt známý jako gravitační čočkování

Hubbleův dalekohled dosáhl úctyhodných cílů, jejichž množství a význam nikdo z vědeckého týmu dopředu nepředpokládal. Místo zamýšlených 15 let služby stále pracuje v současném přesčase 21 let (celkem 36 let). Má za sebou 1.7 milionu pozorování, která tvoří podklad k více než 20 000 vědeckých článkům. Výrazně přispěl k rozvoji kosmologie, hlavně k popisu rozpínání vesmíru. A právě nejdůležitějším krokem k této revoluci byla právě tato jedna fotka. Jeho nástupce, Nancy Grace Roman Telescope, vypuštěn v srpnu tohoto roku, má nastavenou laťku vesmírně vysoko.

Při pohledu na bodové objekty jako jsou modré, vzdálené kvazary, bychom je měli za ideálních podmínek vidět jako světlé tečky. Ale není tomu tak, vidíme světlé ostny vycházející do všech stran. Proč tomu tak je? Proč vidíme kulaté galaxie jako kulaté galaxie, a bodové zdroje jako obrovské hvězdice s paprsky táhnoucími se přes velkou část obrázku?

Zde totiž narážíme na důležitou optickou vadu všech dalekohledů, které se nikdy nezbavíme: difrakci. Je to 1) lom paprsků na okrajích apertury dalekohledu, 2) lom na držácích objektivu. U rozměrných segmentovaných zrcadel potřebujeme kvůli opoře tyče, které vychází ze středu zrcadla. 1. případ nastává u všech dalekohledů, všechny mají konečný rozměr – týká se i Hubbleova dalekohledu. Dalekohled Jamese Webba (JWST) má obě vady, kvůli jeho konstrukci. Abychom byli přesnější, i Hubble má držáky - ale zabírají menší plochu apertury. Jde to vidět na obrázcích hlubokého pole? Jasně! Hubbleovo hluboké pole má v bodových zdrojích 4 ostny, zatímco u JWST jich najdeme 6, +2 vedlejší, horizontální. Když se tedy podíváte na fotku zorného pole plného hvězd, tak pokud u jasných hvězd uvidíte 8 paprsků, budete vědět, který dalekohled je autorem.

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Nancy Grace Roman Telescope
[2] Pohled do hlubin vesmíru