Самый глубокий взгляд на прошлое Вселенной

12 сентября 2012 года NASA опубликовало фотогра­фию самого глубокого об­зора небольшого кусочка неба, вы­полненного космическим телескопом «Хаббл». Эта фотография — результат почти 10-летних наблюдений боль­шого коллектива астрофизиков, ра­ботающих с этим телескопом. Для обзора была выбрана крошечная площадка на небе размером 2,5×2,5 угловой минуты (около 1/10 разме­ра Луны, или 1/100 площади лунного диска, что соответствует 1 мм2, рас­сматриваемому с расстояния 1 м). Область расположена в южном со­звездии Печь с малым количеством ярких звезд.

2,6-метровый космический теле­скоп «Хаббл» при очень длинных экспозициях может достигать про­ницающей силы, в сотни и тысячи раз лучшей, нежели самые большие наземные телескопы с диаметром зеркала до 10 м. Его высокая раз­решающая способность связана с почти полным отсутствием на высо­те 600 км атмосферы, искажающей изображения звезд. Кроме того, уро­вень фона неба для этого телескопа также раз в десять меньше, чем для наземных телескопов.

Для получения изображения сверх­глубокого обзора складывались почти тысяча цифровых изображений одной и той же области неба, наложенных друг на друга. Для этого использова­лись два инструмента космического телескопа: широкоугольная камера WFPC3 и инфракрасный комплекс приборов NICMOS. Снимки с каме­рой видимого диапазона получены в видимой и в ближней инфракрас­ной области с четырьмя фильтрами, центрированными на длины волн 435, 606, 775 и 850 нм. Первые два фильтра экспонировались на 56 вит­ках орбиты спутника, два вторых — на 144 орбитах. Каждая экспозиция со­ставляла примерно 1200 с, а общее время накопления сигнала состави­ло более миллиона секунд! Первые снимки были получены еще в сентя­бре 2003 — январе 2004 года, послед­ние же, с инфракрасным комплек­сом NICMOS, — в августе-сентябре 2009 года.

Во всех снимках отбрасывались от­дельные пиксели, испорченные по­паданием заряженных частиц кос­мических лучей. Далее вычитался темновой фон ПЗС-матрицы и вво­дилась поправка за разную чувстви­тельность каждого пикселя (операция fat feld). Вот таким сложным спо­собом и была получена уникальная фотография, приведенная здесь. Ее размер составляет 2345×2039 пик­селей, а объем содержащейся в ней информации составляет 2,45 мега­байта (это совсем немного).

Какие же научные результаты были получены из этого самого глубокого на сегодня «прокола» пространства Вселенной? На снимке видны около 10 тысяч галактик и единичные сла­бые звезды нашей Галактики. Хоро­шо известно, что число галактик на небе превышает число звезд, начи­ная с 21−22 звездной величины. На приведенном снимке видны галак­тики еще на 8−9 величин слабее, т. е. вплоть до 30 звездной величины. Столь слабые галактики в 1010 раз слабее звезд, видимых невооруженным гла­зом, и раз в сто слабее галактик, на­блюдаемых с Земли крупнейшими телескопами, с диаметром зеркала 6−8 м. Их красное смещение z рав­но 10−12. До этого самая удаленная галактика наблюдалась на z=8,6. Ве­личина z равна отношению красно­го смещения длины волны к несме­щенной длине волны. Так, например, ультрафиолетовая линия атомарного водорода Lα (Лайман альфа) с длиной волны 121,6 нм при красном смеще­нии z, равном 10, будет наблюдаться в инфракрасном диапазоне на длине волны 1337,6 нм, или на длине вол­ны 1,34 мкм. Соответственно, крас­ное смещение z определяет и возраст галактики, отсчитываемый от начала расширения Вселенной. Наблюдае­мые на представленном снимке са­мые слабые галактики имеют воз­раст менее одного миллиарда лет (точнее — от 400 до 800 млн лет), тог­да как наша Галактика и ее ближай­шие соседи живут уже 13,2 млрд лет.

Второй важный вывод состоит в том, что темп звездообразования за первый миллиард лет был очень высоким. Далее, образовывавшиеся тогда галактики в основном были карликами, а наблюдаемые сегодня галактики образовались путем сли­яния таких карликовых галактик. Эти карликовые галактики в большинстве своем являлись неправильными га­лактиками, наблюдаемые же сегод­ня спиральные галактики (типа на­шего Млечного Пути и Туманности Андромеды) и гигантские эллипти­ческие галактики образовались го­раздо позже.

По современным представлени­ям об эволюции Вселенной, первые галактики образовались через 700- 400 млн лет после начала расшире­ния Вселенной, а первые звезды — еще в два раза раньше. Еще раньше, при z около 100, лежат не наблю­даемые «темные века» Вселенной. А при z около 1000 наблюдается и детально исследуется «реликтовое» микроволновое излучение. Именно исследование этого излучения и его пространственных флуктуаций и яв­ляется тем базисом, на котором ле­жит современная теория образова­ния и эволюции Вселенной.

Владимир Курт, профессор,
Астрокосмический центр ФИАН

Фото NASA

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

Связанные статьи

avatar
  Подписаться  
Уведомление о

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: