Вобласць глыбокага агляду Хабла

Hubble Deep Field (HDF, Глыбо́кае по́ле Ха́бла) — выява невялікай вобласці ў сузор’і Вялікай Мядзведзіцы, атрыманая касмічным тэлескопам «Хабл». Бачная вобласць роўная 5,3 квадратным вуглавым мінутам — прыкладна  плошчы нябеснай сферы. Выява была сабрана з 342 асобных здымкаў, узятых з  ( — ), усталяванай на тэлескопе «Хабл». Пабудова відарысу праводзілася на працягу некалькіх дзён, у перыяд з 18 снежня па 28 снежня 1995 г.

Вобласць з’яўляецца настолькі маленькай, што толькі некалькі зорак з пярэдняга плана Млечнага Шляху ляжаць у яе межах; такім чынам, амаль усе 3000 аб’ектаў на відарысе — галактыкі.

У 2004 годзе была пабудавана глыбейшая выява, вядомая як Hubble Ultra Deep Field (HUDF). Яе стварэнне заняло адзінаццаць дзён назіранняў. У 2012 годзе была выпушчана новая, яшчэ глыбейшая выява — Hubble Extreme Deep Field (XDF). Гэта выява з’яўляецца самай глыбокай і адчувальнай астранамічнай выявай, калі-небудзь зробленай у бачных даўжынях хваль.

 Задачы 

Адна з асноўных мэт астраномаў, якія праектавалі касмічны тэлескоп «Хабл», заключалася ў тым, каб выкарыстоўваць высокае аптычнае разрозненне тэлескопа для вывучэння аддаленых галактык з вельмі высокай дэталізацыяй, недаступнай раней. На тэлескоп, які знаходзіцца ў космасе, у адрозненне ад наземных тэлескопаў, не ўплываюць атмасферныя скажэнні, што дазваляе атрымліваць выявы са значна большай адчувальнасцю ў бачным і ультрафіялетавым дыяпазоне, чым выявы, атрыманыя з паверхні Зямлі. Шлях святла ад вельмі аддаленых галактык займае мільёны і мільярды гадоў, таму мы бачым іх, якімі яны былі вельмі даўно. Даследаванні падобнага роду дазваляюць скласці лепшае ўяўленне аб узнікненні, эвалюцыі і развіцці галактык.

 Выбар вобласці назірання 

міні|300px|Вобласць, якую выбралі для назіранняў.

Выбраная для назіранняў вобласць павінна была адпавядаць некалькім крытэрыям:

 Яна павінна знаходзіцца на высокай галактычнай шыраце.
 У вобласці назірання не павінна быць вядомых яркіх крыніц бачнага святла (такіх, як зоркі пярэдняга плана), а таксама крыніц інфрачырвонага, ультрафіялетавага і рэнтгенаўскага выпраменьвання, каб палегчыць пазнейшыя даследаванні ў гэтых даўжынях хваль.

Гэтыя крытэрыі значна абмежавалі магчымыя для назірання вобласці.

Было вырашана, што цэль будзе знаходзіцца ў «непарыўнай зоне назірання» тэлескопа «Хабл» (CVZs) — вобласці неба, якая не засланяецца Зямлёй або Месяцам падчас руху тэлескопа па арбіце. Рабочая група вырашыла сканцэнтравацца на паўночнай «непарыўнай зоне назірання» так, каб з прымяненнем тэлескопаў паўночнага паўшар’я, такіх як Very Large Array і тэлескопа абсерваторыі Кека, маглі праводзіцца наступныя назірання.

Першапачаткова былі знойдзены дваццаць абласцей, якія адпавядалі ўсім гэтым крытэрыям, з іх былі выбраны тры аптымальныя вобласці. Усе вобласці знаходзіліся ў сузор’і Вялікай Мядзведзіцы. Далейшыя радыёназіранні выключылі адну з гэтых абласцей, таму што ў ёй знаходзілася яркая радыёкрыніца, і канчатковы выбар з дзвюх іншых быў зроблен на аснове прысутнасці «навігацыйных зорак» каля адной з абласцей: назіранні з дапамогай тэлескопа «Хабл» звычайна патрабуюць наяўнасці некалькіх суседніх зорак, па якіх  () захопліваюць вобласць назірання. У выніку, была выбрана вобласць, размешчаная ў прамым ўзыходжанні  і схіленні .

 Назіранні 

міні|злева|Методыка назіранняў.

Вызначыўшыся з вобласцю назірання, навукоўцы прыступілі да распрацоўкі методыкі. Неабходна было вызначыць, якія з 48 фільтраў (уключаючы вузкапалосныя, якія выдзяляюць спецыфічныя спектральныя лініі, і шырокапалосныя), якімі абсталявана WFPC2, выкарыстоўваць для назіранняў. Выбар залежаў ад «прапускной здольнасці» кожнага фільтра. Ужыванне палосных фільтраў было вельмі непажадана.

У выніку былі выбраны чатыры шырокапалосныя фільтры: 300 нм, 450 нм (сіняе святло), 606 нм (чырвонае святло) і 814 нм. Паколькі квантавая эфектыўнасць датчыкаў тэлескопа «Хабл» вельмі нізкая ў вобласці хваль 300 нм, шум пры назіраннях на гэтай даўжыні хвалі ўзнікае, перш за ўсё, з-за шуму ПЗС-матрыцы, а не з-за фонавага шуму неба; такім чынам, гэтыя назіранні маглі праводзіцца, калі высокі фонавы шум будзе шкодзіць эфектыўнасці назіранняў у іншых палосах прапускання.

Выявы мэтавай вобласці з выкарыстаннем выбраных фільтраў былі атрыманы ў ходзе бесперапынных дзесяцідзённых назіранняў, на працягу якіх Хабл абляцеў вакол Зямлі па сваёй арбіце прыблізна 150 разоў. Поўны час назіранняў у кожнай даўжыні хвалі склалі: 48,93 гадзіны (300 нм), 36,52 гадзіны (450 нм), 34,94 гадзіны (606 нм) і 34,86 гадзіны (814 нм). Назіранні былі падзелены на 342 асобныя «этапы», каб прадухіліць істотнае пашкоджанне асобных участкаў выявы яркімі палосамі, якія ўтвараюцца ў выніку ўздзеяння касмічных прамянёў на датчыкі ПЗС-матрыцы.

 Апрацоўка дадзеных 

міні|300px|Выявы, атрыманыя ў розных даўжынях хваль: 300 нм (зверху злева), 450 нм (зверху справа), 606 нм (знізу злева) і 814 нм (знізу справа)

У працэсе аб’яднання здымкаў, атрыманых у розных даўжынях хваль, былі выдалены пікселі, засвечаныя ўздзеяннем касмічных прамянёў. Параўнаннем некалькіх паслядоўна зробленых здымкаў былі выяўлены пікселі, закранутыя касмічнымі прамянямі на адным здымку, але не закранутыя на іншым. Сляды касмічнага смецця і штучных спадарожнікаў таксама былі старанна прыбраны са здымкаў.

Прыблізна на чвэрці фрагментаў выразна распазнавалася рассеянае святло ад Зямлі. Каб ураўнаважыць дэфект яркасці гэтых фрагментаў, яны былі выраўнаваны па ўзроўні яркасці здымкаў, незакранутых рассеяным святлом. Атрыманая выява была згладжана. Дзякуючы гэтай працэдуры, амаль усё рассеянае святло было выдалена са здымкаў.

Пасля таго, як з 342 асобных здымкаў былі прыбраны дэфекты, іх аб’ядналі ў адзін. Кожнаму пікселю ПЗС-матрыцы на WFPC2 адпавядала вобласць у 0,09 вуглавых секунд. Кожная наступная выява часткова перакрывала папярэднюю. З выкарыстаннем складаных метадаў апрацоўкі (спецыяльны алгарытм «Drizzle») здымкі былі аб’яднаны, і ў выніковым здымку ў кожнай даўжыні хвалі памеры пікселя склалі 0,04 вуглавых секунды.

Апрацоўка дадзеных прывяла да атрымання чатырох манахромных здымкаў, па адным на кожнай даўжыні хвалі. Пры аб’яднанні іх у адзін каляровы здымак колеры выбіраліся ў пэўнай ступені адвольна, бо даўжыні хваль, у якіх ствараліся выявы, не адпавядаюць даўжыні хваль чырвонага, зялёнага і сіняга святла. Колеры ў выніковым здымку даюць толькі прыблізнае ўяўленне аб фактычных колерах галактык. Фільтры для HDF (як і для большасці здымкаў, атрыманых з дапамогай тэлескопа «Хабл») выбіраліся, перш за ўсё, з меркаванняў найбольшай навуковай карыснасці назіранняў, а не для дакладнай перадачы колераў, што ўспрымаюцца чалавечым вокам.

 Апісанне HDF 

Выніковы здымак змяшчае выявы каля 3000 галактык — ад ярка выяўленых няправільных і спіральных на пярэднім плане, да ледзь прыкметных, памерам усяго некалькі пікселяў, на заднім. У цэлым, на HDF, як мяркуецца, зорак пярэдняга плана — менш за дзясятак, большасць жа аб’ектаў — аддаленыя галактыкі. Многія галактыкі ўзаемадзейнічаюць адна з адною, утвараючы ланцугі і дугі: яны, імаверна, будуць абласцямі інтэнсіўнага фарміравання зорак.

 Навуковыя вынікі 

міні|250px|Дэталі HDF ілюструюць вялікую разнастайнасць форм галактык, памераў і колераў у Сусвеце.

Дадзеныя са здымка HDF далі навукоўцам багаты матэрыял для аналізу, і, станам на 2005 год, у астранамічнай літаратуры з’явілася каля 400 публікацый (даследаванні, артыкулы), заснаваных на HDF. Адным з самых фундаментальных вынікаў стала адкрыццё вялікай колькасці галактык з высокім значэннем чырвонага зрушэння. На той момант была вядома вялікая колькасць квазараў з высокім чырвоным зрушэннем, галактык жа з высокім чырвоным зрушэннем было вядома вельмі мала. На малюнку HDF прысутнічае шмат галактык са значэннем чырвонага зрушэння, большым за 6, што прыкладна адпавядае адлегласці ў 12 мільярдаў светлавых гадоў. Самыя аддаленыя аб’екты ў вобласці HDF не бачныя на малюнках тэлескопа «Хабл»; яны могуць быць выяўлены толькі на здымках, атрыманых у іншых даўжынях хваль наземнымі тэлескопамі.

На здымку HDF ёсць вялікая колькасць няправільных галактык. Лічыцца, што гіганцкія эліптычныя галактыкі ўтвараюцца ў працэсе ўзаемадзеяння спіральных і няправільных галактык. Шырокі набор галактык на розных стадыях іх развіцця дазволіў астраномам атрымаць новую інфармацыю аб працэсах фарміравання зорак.

На працягу многіх гадоў астраномы ламалі галаву над прыродай цёмнай матэрыі, масу якой выявіць не ўдаецца (хоць па назіраннях і разліках яе доля ацэньваецца прыблізна ў 23 % масы Сусвету) а таксама цёмнай энергіі, якая мае адмоўны ціск і раўнамерна запаўняе ўсю прастору Сусвету. На долю цёмнай энергіі прыходзіцца 72 % ад усіх складнікаў Сусвету.

Адна з тэорый заключаецца ў тым, што цёмная матэрыя магла б складацца з Масіўных Астрафізічных Кампактных Аб’ектаў Гало () — масіўных аб’ектаў, якія слаба свецяцца, такіх як чырвоныя карлікі, ў знешніх абласцях галактык. Гэтая тэорыя не пацвердзілася з дапамогай здымка HDF; на ім не было выяўлена вялікай колькасці чырвоных карлікаў.

 Наступныя назіранні 

міні|150px|Hubble Deep Field South

HDF з’яўляецца арыенцірам у назіральнай касмалогіі, і да гэтага часу вельмі многае з гэтай вобласці не вывучана. Пачынаючы з 1995 года, праводзіліся шматлікія даследаванні і назіранні як наземнымі тэлескопамі, так і касмічнымі, у шырокім дыяпазоне хваль, ад радыё да рэнтгена.

міні|150px|Hubble Ultra Deep Field

Шмат аб’ектаў з высокім значэннем чырвонага зрушэння было выяўлена ў межах вобласці HDF з выкарыстаннем наземных тэлескопаў, у асаблівасці, з дапамогай радыётэлескопа Джэймса Клерка Максвела (). Высокае чырвонае зрушэнне гэтых аб’ектаў не дазваляла выявіць іх у бачным дыяпазоне хваль, і толькі назіранні ў іншых даўжынях хваль (інфрачырвоны дыяпазон, субміліметровыя хвалі) дазволілі зрабіць гэта.

Назіранні інфрачырвонай касмічнай абсерваторыі () выявілі інфрачырвонае выпраменьванне ад 13 галактык, бачных на аптычных здымках. У гэтых галактыках ўтрымоўваецца вялікая колькасць «міжзорнага пылу», што звязваюць з інтэнсіўным фарміраваннем зорак. Радыё-здымкі, атрыманыя з выкарыстаннем наземных інструментаў, такіх, як VLA, выявілі 5 радыёкрыніц у HDF (першапачаткова іх было выяўлена 14, але з-за памылак пры назіраннях засталося толькі 5), кожная з якіх адпавядае галактыцы ў бачным дыяпазоне хваль.

У 1998 годзе быў створаны здымак, падобны да HDF, але ў паўднёвым паўшар’і неба: Hubble Deep Field South. Выява была створана з прымяненнем такіх жа метадаў, як і HDF. Атрыманы здымак вельмі падобны на HDF, што з’яўляецца пацвярджэннем касмалагічнага прынцыпу, які гаворыць аб тым, што ў глабальных маштабах Сусвет — аднастайны.

 Гл. таксама 

 Hubble Deep Field South
 Hubble Ultra Deep Field
 Касмічны тэлескоп «Хабл»

 Літаратура 





 Спасылкі 
 Астронет
 Галактики на краю видимой Вселенной 
 Рентгеновский обзор телескопа Chandra 
 Навуковыя вынікі даследавання HDF 
 Прэс-рэліз НАСА
 Інфармацыя на афіцыйным сайце, прысвечаным тэлескопу «Хабл» 
 The Space Telescope Science Institute, The Hubble Deep Field


Катэгорыя:Астрафізіка
Катэгорыя:Галактыкі
Катэгорыя:Ультрафіялетавая астраномія
Катэгорыя:Касмічны тэлескоп «Хабл»