Hubble-ruimtetelescoop: astronomen Deel 17 van de beste ruimtevideo's

In deze speciale functie hebben we topastronomen uitgenodigd om de Hubble Space Telescope-afbeelding met de meest wetenschappelijke relevantie met de hand te selecteren. De afbeeldingen die ze hebben gekozen, zijn niet altijd de kleurrijke glorieopnamen die de ontelbare "beste" galerijen rond het internet bevolken, maar hun impact komt vooral voort uit de wetenschappelijke inzichten die ze onthullen.

Tanya Hill, Museum Victoria

Mijn favoriete astronomische object aller tijden is de Orionnevel - een mooie en nabije gaswolk die actief sterren vormt. Ik was een student op de middelbare school toen ik de nevel voor het eerst zag door een kleine telescoop en het gaf me zo'n gevoel van prestatie om de telescoop handmatig in de juiste richting te richten en, na een flinke dosis jacht, om hem eindelijk te vinden in de lucht (er was geen automatische "go-to" knop op die telescoop).

Natuurlijk, wat ik die lange nacht geleden zag was een verbazingwekkend delicate en piekerige wolk van gas in zwart en wit. Een van de prachtige dingen die Hubble doet, is de kleuren van het universum onthullen. En dit beeld van de Orionnevel, is onze beste kans om ons voor te stellen hoe het eruit zou zien als we er mogelijk naartoe zouden gaan en het van dichtbij zouden zien.

Zoveel beelden van Hubble zijn iconisch geworden, en voor mij is de vreugde dat de prachtige beelden wetenschap en kunst samenbrengen op een manier die het publiek aanspreekt. De ingang van mijn kantoor, beschikt over een enorme kopie van deze afbeelding behangen op een muur 4m breed en 2,5 m hoog. Ik kan je vertellen, het is een mooie manier om elke werkdag te beginnen.

Michael Brown, Monash University

De impact van de fragmenten van Komeet Schoenmaker Levy 9 met Jupiter in juli 1994 was de eerste keer dat astronomen van tevoren waarschuwden voor een planetaire botsing. Veel van de telescopen van de wereld, waaronder de onlangs gerepareerde Hubble, richtten hun blik op de reuzenplaneet.

De komeetcrash was ook mijn eerste professionele ervaring met observationele astronomie. Vanuit een ijskoude koepel op de berg Stromlo hoopten we dat de manen van Jupiter licht reflecteren van komeetfragmenten die in de verste hoek van Jupiter neerstorten. Helaas zagen we geen lichtflitsen uit de manen van Jupiter.

Hubble kreeg echter een verbazingwekkende en onverwachte kijk. De impact aan de overkant van Jupiter produceerde pluimen die zo ver boven Jupiter's wolken rezen dat ze kort vanaf de aarde in zicht kwamen.

Terwijl Jupiter op zijn as draaide, kwamen enorme donkere littekens in zicht. Elk litteken was het resultaat van de inslag van een komeetfragment en sommige van de littekens hadden een grotere diameter dan onze maan. Voor astronomen over de hele wereld was het een verbluffend gezicht.

William Kurth, University of Iowa

Dit paar foto's toont een spectaculaire ultraviolette aurora-lichtshow die plaatsvond in de buurt van de noordpool van Saturnus in 2013. De twee foto's werden slechts 18 uur uit elkaar gehaald, maar tonen veranderingen in de helderheid en vorm van de aurora's. We hebben deze beelden gebruikt om beter te begrijpen hoeveel impact de zonnewind heeft op de aurora's.

We gebruikten Hubble-foto's zoals deze verkregen door mijn astronoomcollega's om de aurora's te volgen tijdens het gebruik van het Cassini-ruimtevaartuig in een baan rond Saturnus, om de radiostraling die geassocieerd wordt met de lichten waar te nemen. We konden vaststellen dat de helderheid van de aurora's gecorreleerd is met hogere radio-intensiteiten.

Daarom kan ik Cassini's continue radiowaarnemingen gebruiken om me te vertellen of de aurora's actief zijn, ook al hebben we niet altijd beelden om naar te kijken. Dit was een grote inspanning, waaronder veel Cassini-onderzoekers en astronomen op aarde.

John Clarke, Universiteit van Boston

Dit ver-ultraviolette beeld van Jupiter's noordelijke aurora toont de gestage verbetering van het vermogen van de wetenschappelijke instrumenten van Hubble. De beelden van de Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) toonden voor de eerste keer het volledige scala aan aurora emissies die we net begonnen te begrijpen.

De eerdere Wide Field Planetary Camera 2 (WFPC2) camera had aangetoond dat de aurorale emissies van Jupiter met de planeet roteerden, in plaats van gefixeerd te zijn met de richting naar de zon, dus gedroeg Jupiter zich niet als de aarde.

We wisten dat er aurora waren van de mega-ampere stromen die van Io langs het magnetische veld naar beneden naar Jupiter vloeiden, maar we waren er niet zeker van dat dit zou gebeuren met de andere satellieten. Hoewel er veel ultraviolette afbeeldingen van Jupiter zijn gemaakt met STIS, vind ik deze leuk omdat het duidelijk de aurorale emissies van de magnetische voetafdrukken van de manen Io, Europa en Ganymede van Jupiter laat zien, en de emissie van Io toont duidelijk de hoogte van het aurorale gordijn. Voor mij ziet het er driedimensionaal uit.

Fred Watson, Australisch astronomisch observatorium

Bekijk deze afbeeldingen van de dwergplaneet Pluto, die detail laat zien aan de uiterste limiet van Hubble's mogelijkheden, goed. Over een paar dagen zullen ze oud zijn, en niemand zal nog meer naar ze kijken.

Waarom? Omdat begin mei het ruimtevaartuig van New Horizons dichtbij genoeg zal zijn om Pluto om zijn camera's betere details te laten zien, aangezien het vaartuig zijn 14 juli rendez-vous nadert.

Toch heeft deze reeks beelden - die dateert uit de vroege jaren 2000 - planetaire wetenschappers hun beste inzichten tot nu toe gegeven, waarbij de veelkleurige kleuren subtiele variaties in Pluto's oppervlaktechemie onthullen. Dat geelachtige gebied dat prominent is in het middelste beeld heeft bijvoorbeeld een overmaat aan bevroren koolmonoxide. Waarom dat zou moeten zijn, is onbekend.

De Hubble-beelden zijn des te opmerkelijker omdat Pluto slechts 2/3 van de diameter van onze eigen maan is, maar bijna 13.000 keer verder weg.

Chris Tinney, University of New South Wales

Ik heb mijn vrouw ooit naar mijn kantoor gesleept om haar met trots de resultaten te laten zien van enkele beeldvormingobservaties gemaakt aan de Anglo-Australische telescoop met een (toen) nieuwe en (toen) state-of-the-art 8.192 x 8.192 pixel-imager. De afbeeldingen waren zo groot dat ze op meerdere A4-pagina's moesten worden afgedrukt en vervolgens aan elkaar plakten om een ​​enorme zwart-witkaart te maken van een cluster van sterrenstelsels die een hele muur bedekten.

Ik was verpletterd toen ze één blik wierp en zei: "Lijkt op schimmel."

Wat alleen maar laat zien dat de beste wetenschap niet altijd de mooiste is.

Mijn keuze voor het beste beeld van HST is nog een zwart-witafbeelding uit 2012 die ook "lijkt op schimmel". Maar begraven in het hart van het beeld is een ogenschijnlijk onopvallende vage punt. Het vertegenwoordigt echter de bevestigde detectie van het koudste voorbeeld van een bruine dwerg die toen werd ontdekt. Een object dat op minder dan 10 parsecs (32,6 lichtjaar) loert, weg van de zon met een temperatuur van ongeveer 350 Kelvin (77 graden Celsius) - kouder dan een kopje thee!

En tot op de dag van vandaag blijft het een van de koudste compacte objecten die we buiten ons zonnestelsel hebben gedetecteerd.

Lucas Macri, Texas A & M University

In 2004 maakte ik deel uit van een team dat de onlangs geïnstalleerde Advanced Camera for Surveys (ACS) op Hubble gebruikte om een ​​klein gebied van de schijf van een nabijgelegen spiraalstelsel (Messier 106) te observeren op 12 verschillende gelegenheden binnen 45 dagen. Met deze waarnemingen konden we meer dan 200 Cepheit-variabelen ontdekken, die erg handig zijn om afstanden tot sterrenstelsels te meten en uiteindelijk de expansiesnelheid van het universum bepalen (toepasselijk de Hubble-constante genoemd).

Deze methode vereist een juiste kalibratie van Cepheid-lichtsterkten, wat gedaan kan worden in Messier 106 dankzij een zeer nauwkeurige en nauwkeurige schatting van de afstand tot dit melkwegstelsel (24,8 miljoen lichtjaren, geven of 3% nemen) verkregen via radiowaarnemingen van water wolken cirkelen in een baan rond het massieve zwarte gat in het midden (niet opgenomen in de afbeelding).

Een paar jaar later was ik betrokken bij een ander project dat deze waarnemingen gebruikte als de eerste stap in een robuuste kosmische ladder op afstand en de waarde van de Hubble-constante vaststelde met een totale onzekerheid van 3%.

Howard Bond, Pennsylvania State University

Een van de beelden die me het meest opwinden - hoewel het nooit beroemd werd - was onze eerste echo rond de vreemde explosieve ster V838 Monocerotis. De uitbarsting werd ontdekt in januari 2002 en de lichtecho werd ongeveer een maand later ontdekt, beide van kleine telescopen op de grond.

Hoewel het licht van de explosie rechtstreeks naar de aarde reist, gaat het ook naar de zijkant, weerkaatst het nabijgelegen stof en arriveert later op aarde en produceert de 'echo'.

Astronauten hadden in maart 2002 de Hubble onderhouden en installeerden de nieuwe Advanced Camera for Surveys (ACS). In april waren we een van de eersten die ACS voor wetenschappelijke waarnemingen gebruikten.

Ik vond het altijd leuk om te denken dat de NASA op de een of andere manier wist dat het licht van V838 op weg was naar ons van 20.000 lichtjaar weg, en dat ACS net op tijd werd geïnstalleerd! Het beeld, zelfs in slechts één kleur, was geweldig. We hebben veel meer Hubble-waarnemingen van de echo van het volgende decennium ontvangen, en ze zijn enkele van de meest spectaculaire van allemaal, en ZEER beroemd, maar ik herinner me nog steeds dat ik onder de indruk was toen ik deze eerste zag.

Philip Kaaret, University of Iowa

Sterrenstelsels vormen sterren. Sommige van die sterren beëindigen hun "normale" leven door in zwarte gaten te vallen, maar beginnen dan nieuwe levens als krachtige röntgenstralen die door een gas worden aangedreven en een metgezel afzuigen.

Ik verkreeg deze Hubble-afbeelding (in rood) van de Medusa-melkweg om de relatie tussen zwart-gat X-ray binaries en stervorming beter te begrijpen. De opvallende verschijning van de Medusa ontstaat omdat het een botsing tussen twee sterrenstelsels is - het "haar" is restanten van één sterrenstelsel dat wordt verscheurd door de zwaartekracht van de andere. Het blauw in de afbeelding toont röntgenfoto's, afgebeeld met de Chandra X-ray Observatory. De blauwe stippen zijn binaire bestanden met zwart gat.

Eerder werk had gesuggereerd dat het aantal röntgendubbelsterren simpelweg evenredig is met de snelheid waarmee het gaststelsel sterren vormt. Deze beelden van de Medusa lieten ons zien dat dezelfde relatie geldt, zelfs in het midden van galactische botsingen.

Mike Eracleous, Pennsylvania State University

Sommige van de Hubble Space Telescope-afbeeldingen die me erg aanspreken, tonen interacties en samensmeltingen van sterrenstelsels, zoals de antenne (NGC 4038 en NGC 4039), de muizen (NGC 4676), het Cartwheel-sterrenstelsel (ESO 350-40) en vele anderen zonder bijnamen.

Dit zijn spectaculaire voorbeelden van gewelddadige gebeurtenissen die veel voorkomen in de evolutie van sterrenstelsels. De beelden geven ons prachtige details over wat er gebeurt tijdens deze interacties: de vervorming van de sterrenstelsels, het kanaliseren van gas naar hun centra en de vorming van sterren.

Ik vind deze beelden zeer nuttig wanneer ik aan het grote publiek uitleg geef over de context van mijn eigen onderzoek, de aanwas van gas door de superzware zwarte gaten in de centra van dergelijke sterrenstelsels. Bijzonder leuk en nuttig is een video van Frank Summers van het Space Telescope Science Institute (STScI), die illustreert wat we leren door dergelijke beelden te vergelijken met modellen van botsingen van sterrenstelsels.

Michael Drinkwater, University of Queensland

Onze beste computersimulaties vertellen ons dat sterrenstelsels groeien door tegen elkaar aan te botsen en met elkaar te versmelten. Op dezelfde manier vertellen onze theorieën ons dat wanneer twee spiraalvormige sterrenstelsels botsen, ze een groot elliptisch stelsel moeten vormen. Maar het feit dat je het echt ziet gebeuren, is helemaal een ander verhaal!

Dit prachtige Hubble-beeld heeft een botsing van een sterrenstelsel in actie vastgelegd. Dit vertelt ons niet alleen dat onze voorspellingen goed zijn, maar het laat ons ook beginnen met het uitwerken van de details, omdat we nu kunnen zien wat er feitelijk gebeurt.

Er worden vuurwerk van nieuwe stervorming getriggerd als de gaswolken botsen en enorme vervormingen gaande zijn als de spiraalarmen uiteenvallen. We hebben nog een lange weg te gaan voordat we volledig begrijpen hoe grote sterrenstelsels zich vormen, maar beelden als deze wijzen de weg.

Roberto Soria, ICRAR-Curtin University

Dit is de weergave met de hoogste resolutie van een gecollimeerde straaljager aangedreven door een superzwaar zwart gat in de kern van het sterrenstelsel M87 (het grootste sterrenstelsel in het Virgo-cluster, 55 miljoen lichtjaren van ons).

De jet schiet uit het hete plasmagebied rond het zwarte gat (linksboven) en we kunnen het over een afstand van 6000 lichtjaar over de Melkweg zien stromen. Het witte / paarse licht van de straal in dit verbluffende beeld wordt geproduceerd door de stroom van elektronen die rond magnetische veldlijnen ronddraait met een snelheid van ongeveer 98% van de snelheid van het licht.

Het begrijpen van het energiebudget van zwarte gaten is een uitdagend en fascinerend probleem in astrofysica. Wanneer gas in een zwart gat valt, komt er een enorme hoeveelheid energie vrij in de vorm van zichtbaar licht, röntgenstralen en stralen van elektronen en positronen die bijna met de snelheid van het licht reizen. Met Hubble kunnen we de grootte van het zwarte gat meten (duizend keer groter dan het centrale zwarte gat in onze Melkweg), de energie en snelheid van zijn straal, en de structuur van het magnetische veld dat het collimeert.

Jane Charlton, Pennsylvania State University

Toen mijn Hubble Space Telescope-voorstel in 1998 werd aangenomen, was het een van de grootste sensaties van mijn leven. Om mij voor te stellen dat de telescoop Stephan's Quintet zou vangen, een verbluffende compacte groep sterrenstelsels!

Gedurende de volgende miljard jaar gaan de sterrenstelsels van Stephan Quintet door in hun majestueuze dans, geleid door elkaars aantrekkingskracht. Uiteindelijk zullen ze samensmelten, hun vormen veranderen en uiteindelijk één worden.

We hebben sindsdien verschillende andere compacte groepen sterrenstelsels waargenomen met Hubble, maar Stephan's Quintet zal altijd speciaal zijn omdat zijn gas uit zijn sterrenstelsels is vrijgegeven en oplicht in dramatische uitbarstingen van intergalactische stervorming. Wat een fijn iets om te leven in een tijd dat we de Hubble kunnen bouwen en ons in onze gedachten kunnen sturen om een ​​glimp op te vangen van de betekenis van deze signalen uit ons universum. Dank aan alle helden die Hubble hebben gemaakt en onderhouden.

Geraint Lewis, University of Sydney

Toen Hubble in 1990 werd gelanceerd, begon ik aan mijn Ph.D. studies naar zwaartekrachtlensvorming, de actie van massa die de paden van lichtstralen buigt terwijl ze door het universum reizen.

Hubble's afbeelding van de massieve melkwegcluster, Abell 2218, brengt deze zwaartekrachtlens scherp in beeld, onthullend hoe de enorme hoeveelheid donkere materie die aanwezig is in de cluster - materie die de vele honderden sterrenstelsels samenbindt - het licht uit bronnen vele malen meer vergroot afstandelijk.

Terwijl je diep in het beeld staart, zijn deze zeer uitvergrote beelden duidelijk als lange dunne strepen, de vervormde beelden van babysterrenstelsels die normaal onmogelijk te detecteren zijn.

Het geeft je de tijd om te denken dat dergelijke zwaartekrachtlenzen, die werken als natuurlijke telescopen, de zwaartekracht van onzichtbare materie gebruiken om verbluffende details van het universum te onthullen die we normaal niet kunnen zien!

Rachel Webster, University of Melbourne

Zwaartekrachtlensing is een buitengewone manifestatie van het effect van massa op de vorm van ruimte-tijd in ons universum. In wezen is, waar massa is, de ruimte gekromd, en dus hebben voorwerpen die in de verte worden bekeken, voorbij deze massastructuren, hun beelden vervormd.

Het is een beetje zoals een fata morgana; inderdaad, dit is de term die de Fransen gebruiken voor dit effect. In de beginperiode van de Hubble-ruimtetelescoop verscheen er een beeld van de lenseffecten van een massieve cluster van sterrenstelsels: de kleine achtergrondstelsels werden uitgerekt en vervormd maar omhelsden het cluster, bijna als een paar handen.

Ik stond versteld. Dit was een eerbetoon aan de buitengewone resolutie van de telescoop, die ver boven de atmosfeer van de aarde werkte. Gezien vanuit de grond, zouden deze buitengewone dunne sliertjes galactisch licht uitgesmeerd zijn en niet te onderscheiden zijn van het achtergrondgeluid.

Mijn derdejaars astrofysieklas verkende de 100 Top Shots van Hubble en ze waren het meest onder de indruk van de buitengewone, maar echte kleuren van de wolken van gas. Ik kan echter niet voorbij gaan aan een afbeelding die het effect van massa op het eigenlijke weefsel van ons universum weergeeft.

Kim-Vy Tran, Texas A & M

Met Algemene Relativiteit, postuleerde Einstein dat materie tijd-ruimte verandert en licht kan buigen. Een fascinerend gevolg is dat zeer massieve objecten in het universum licht van verre melkwegstelsels zullen vergroten, in essentie kosmische telescopen worden.

Met de Hubble Space Telescope hebben we nu dit krachtige vermogen aangewend om terug in de tijd te kijken om naar de eerste sterrenstelsels te zoeken.

Dit Hubble-beeld toont een korf van sterrenstelsels die voldoende massa hebben om licht van zeer verre sterrenstelsels te buigen in heldere bogen. Mijn eerste project als afgestudeerde student was om deze opmerkelijke objecten te bestuderen en ik gebruik de Hubble vandaag nog steeds om de aard van sterrenstelsels in de kosmische tijd te verkennen.

Alan Duffy, Swinburne University of Technology

Voor het menselijk oog is de nachtelijke hemel in deze afbeelding volledig leeg. Een klein gebied dat niet dikker is dan een rijstkorrel op armlengte. De Hubble-ruimtetelescoop werd gedurende 12 volledige dagen op dit gebied gericht, waardoor licht de detectoren trof en langzaam, één voor één, verschenen de sterrenstelsels, totdat het hele beeld was gevuld met 10.000 sterrenstelsels die zich helemaal over het universum uitstrekten.

De meest afgelegen zijn kleine rode stippen tientallen miljarden lichtjaren weg, die teruggaan tot een tijd slechts een paar honderd miljoen jaar na de oerknal. De wetenschappelijke waarde van dit enkele beeld is enorm. Het heeft een revolutie teweeggebracht in onze theorieën over hoe vroege sterrenstelsels konden ontstaan ​​en hoe snel ze konden groeien. De geschiedenis van ons universum, evenals de rijke verscheidenheid aan vormen en grootten van sterrenstelsels, is vervat in één enkel beeld.

Wat mij echt een buitengewone foto maakt, is dat het een inkijkje geeft in de schaal van ons zichtbare universum. Zoveel sterrenstelsels op zo'n klein gebied impliceren dat er 100 duizend miljoen sterrenstelsels zijn over de hele nachtelijke hemel. Eén volledig sterrenstelsel voor elke ster in onze Melkweg!

James Bullock, University of California, Irvine

Dit is waar Hubble voor staat. Een enkele, ontzagwekkende visie kan zoveel ontmaskeren over ons universum: het verre verleden, de voortdurende assemblage ervan en zelfs de fundamentele fysieke wetten die het allemaal samenbinden.

We turen door het hart van een zwermen cluster van sterrenstelsels. Die gloeiende witte ballen zijn gigantische sterrenstelsels die het clustercentrum domineerden. Kijk goed en je ziet diffuse witte strepen licht eraf worden gereten! Het cluster gedraagt ​​zich als een zwaartekracht-blender, waarbij vele individuele sterrenstelsels in een enkele sterrenwolk worden rondgewerveld.

Maar de cluster zelf is slechts het eerste hoofdstuk in het kosmische verhaal dat hier wordt onthuld. Zie je die vage blauwe ringen en bogen? Dat zijn de vervormde beelden van andere sterrenstelsels die ver in de verte zitten.

De immense zwaartekracht van het cluster zorgt ervoor dat de ruimte-tijd eromheen kromtrekt. Omdat licht van verre melkwegstelsels voorbijgaat, wordt het gedwongen om in vreemde vormen te buigen, zoals een kromgetrokken vergrootglas onze blik op een zwakke kaars zou vervormen en oplichten. Door gebruik te maken van ons begrip van Einstein's Algemene Relativiteit, gebruikt Hubble het cluster als een zwaartekrachttelescoop, waardoor we verder en zwakker dan ooit tevoren kunnen zien. We kijken ver terug in de tijd om sterrenstelsels te zien zoals ze meer dan 13 miljard jaar geleden waren!

Als theoreticus wil ik de volledige levenscyclus van sterrenstelsels begrijpen - hoe ze worden geboren (klein, blauw, barstensvol met nieuwe sterren), hoe ze groeien en uiteindelijk hoe ze sterven (groot, rood, vervaagd met het licht van het oude sterren). Met Hubble kunnen we deze fasen verbinden. Sommige van de zwakste, meest verre sterrenstelsels in dit beeld zijn bestemd om monsterstelsels te worden zoals die gloeiend wit op de voorgrond. We zien het verre verleden en het heden in een enkele glorieuze foto.

Dit artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation door Tanya Hill met bijdragende auteurs Alan Duffy, Chris Tinney, Fred Watson, Geraint Lewis, Howard E Bond, James Bullock, Jane Charlton, John Clarke, Kim Vy Tran, Lucas Macri, Michael Drinkwater, Michael JI Brown, Mike Eracleous, Philip Kaaret, Rachel Webster, Roberto Soria en William Kurth. Lees hier het originele artikel.