Hubbles ultradype blikk

For å ta bilde av Universets aller tidligste galakser, må man fange fotoner som begynte sin reise lenge før Jorda eksisterte. Romteleskopet Hubble tar oss med tilbake til begynnelsen, like etter det store smellet.

Publisert

Hvorfor sikte det mest sofistikerte teleskopet i verden inn på en ørliten flik av himmelen i 28 dager på rad? Fordi det gjør at astronomene kan se mye lengre ut og lenger tilbake i tid enn noen gang tidligere.

Det dypeste portrettet

Amerikanske og europeiske forskere avdekket denne uken det dypeste portrettet av det synlige Universet som er tatt noen gang i menneskehetens historie - kalt Hubble Ultra Deep Field (HUDF). Astronomene kaster seg over bildet, som vil bli brukt til å lete etter galakser som eksisterte så tidlig som mellom 400 og 800 millioner år etter Big bang.

"Hubble Ultra Deep Field. (Foto: ESA/NASA)"
"Hubble Ultra Deep Field. (Foto: ESA/NASA)"



 

Vi forsøker hele tiden å trenge lenger og lenger utover med stadig bedre teleskoper. Siden lyset bruker så lang tid på å nå oss, trenger vi samtidig langt tilbake i tiden. Når vi ser på Sola, ser vi den slik den var for åtte minutter siden. Den nærmeste stjerna ser vi slik den var for 4,3 år siden, og en galakse som ligger én milliard lysår unna ser vi slik den var for én milliard år siden.

- Et steinkast unna Big bang

Astronomene mener at Universet er 13-14 milliarder år gammelt. Dagens beste teleskoper ser rundt 13 milliarder lysår utover, men herifra blir det stadig vanskeligere.

Bildet som er tatt av Hubble viser oss de første galaksene som oppsto fra den såkalte skumringssona, tida like etter Big bang da de første stjernene varmet opp igjen det kalde, mørke Universet. Etter Big bang mener astronomene det kom en periode på rundt 200 millioner år i totalt mørke, før de første stjernene og galaksene ble dannet.

- Hubble tar oss med et steinkast unna selve Big bang, sier Massimo Stiavelli, lederen for HUDF-prosjektet, fra Space Telescope Science Institute i Baltimore.

Banbrytende

Den første utgaven av Hubble Deep Field kom i 1995, og var banebrytende for astronomien fordi det viste galakser som bare lå én milliard år unna Big bang. Dette betydde en ny tid for studien av hvordan galakser utvikler seg.

- Da dette eksperimentet først ble foreslått - et eksperiment som besto av å stirre på den samme fliken av himmelen i ukevis - var det egentlig ingen som visste om det ville føre til noen interessante vitenskapelige resultater. Men når vi først så på bildet ble vi forbløffet! Vi kunne se mer enn 3 000 galakser i dette lille feltet. Vi kunne definitivt se at Hubble åpnet en helt ny æra for observerende kosmologi, sier Piero Rosati fra European Southern Observatory i Tyskland.

"Hubble ser nesten tilbake til selve Big bang. (Illustrasjon: NASA)"
"Hubble ser nesten tilbake til selve Big bang. (Illustrasjon: NASA)"



 

- Astronomene har fått de første glimtene av de unge galaksenes historie, da Universet bare var én milliard år gammelt. Dette har vært en av Hubbles største og sterkeste prestasjoner, sier Rosati.

Ett foton i minuttet

For det nye Hubble Ultra Deep Field, stirret romteleskopet på den samme lille delen av himmelen, i stjernebildet Fornax (under stjernebildet Orion). På bakkebaserte bilder er dette området nesten tomt. Hubble stirret på det i til sammen én million sekunder, eller nesten 12 dager. Hubble suser rundt jordkloden på rundt 97 minutter, og bildet er derfor en serie eksponeringer tatt over 400 slike “hubblerunder”. Observasjonene begynte 24. september 2003, og fortsatte til 16. januar 2004.

Teleskopets Asdvanced Camera for Surveys (ACS), som er på størrelse med en telefonboks, fanget eldgamle fotoner som har hatt en vanvittig lang reise gjennom Universet. Lysfotoner fra de mest lyssvake objektene kom inn i en sakte strøm på ett foton i minuttet, sammenlignet med millioner av fotoner i minuttet fra nærmere galakser.

Resultatet kan få deg til å miste pusten. Bildet viser rundt 10 000 galakser strødd ut over en del av himmelen som ikke er bredere enn en tidel av diameteren av en fullmåne. De svakeste objektene lyser like kraftig som en ildflue ville lyst på Månen.

Rare galakser

Bildet viser unge galakser i forskjellige størrelser, farger og former, og andre objekter som enda ikke er identifisert.

- Jeg har ingen anelse om hva dette er og hvordan det ble til, sier Stiavelli mens han ser på ett av objektene på bildet.

Noen av galaksene ser ut som tannpirkere, andre som lenker på et kjede. Noen ser ut som de innvirker på hverandre.

- De rare formene deres er langt ifra dagens majestetiske spiralgalakser og elliptiske galakser. Disse snodige galaksene representerer en periode da Universet var mer kaotisk. Orden og struktur var akkurat i ferd med å oppstå. Galaksene utviklet seg så raskt i Universet at de viktigste forandringene skjedde innen én milliard år etter Big bang, heter det i pressemeldingen fra den europeiske romfartsorganisasjonen ESA.

Rødforskyvning

Samme område av himmelen er eksponert i både synlig lys og i infrarødt lys, med ACS og med Near Infrared Camera and Multi-object Spectrometer (NICMOS). Lyset fra de aller fjerneste galaksene er strukket så mye at de bare kan sees i infrarødt. Faktisk måles avstandene til uhyre fjerne objekter ut fra hvor mye lyset fra dem er strukket.

Universet utvider seg hele tiden, og gjør at stråling blir strukket mens den er underveis. Jo lengre unna objektet befinner seg, jo mer blir strålingen strukket. Målet for strekkingen er den såkalte rødforskyvningen. En fjern galakse kan ha en rødforskyvning på fem, det vil si at lyset fra denne galaksen er strukket så det når oss med seks ganger lengre bølgelengde enn det hadde da det ble sendt ut.

NICMOS, som ser i nær infrarødt, kan derfor se lengre ut og lenger tilbake i tid enn ACS som fanger opp synlig lys. Ved å sammenligne de to bildene, kan man plukke ut de fjerneste og dermed eldste galaksene som de som bare er synlige i nær infrarødt.

Snart over for Hubble

"Hubble har revolusjonert astronomien, men skal snart pensjoneres. (Foto: NASA)"
"Hubble har revolusjonert astronomien, men skal snart pensjoneres. (Foto: NASA)"

Forrige gang Hubble tok en lang eksponering av et lite stykke av himmelen ledet dette til en rekke vitenskapelige arbeider på universets tidlige historie. Med de nye bildene får forskerne et enda rikere materiale.

Hubbles gjenværende tid i verdensrommet er nå begrenset, etter at teleskopets siste vedlikeholdsrunde ble avlyst, som følge av George W. Bushs nye prioritering om å gjøre den internasjonale romstasjonen ferdig kjapt og reise videre til månen.

Forskere tror derfor dette vil være det dypeste bildet av Universet i ti års tid, helt til NASA og ESA skyter opp det nye James Webb Space Telescope i 2011. Dette teleskopet kommer til å se enda lenger tilbake i tid, men det vil observere i infrarødt, så astronomene må vente enda lenger på en skarpere og dypere utsikt Universets utkanter i synlig lys.

Lenker:

ESA: Hubble’s deepest view ever of the Universe unveils earliest galaxies
NASA: Hubble digs deeply, towards Big Bang
Institutt for teoretisk astrofysikk, UiO: Hubble ser galakser fra universets barndom
BBC: Hubbles deep view of the cosmos
Nature: Hubble image kicks off astronomy race
New Scientist: Hubble delivers best-ever view of early Universe
Science (krever abonnement): Hubble’s Ultra Deep Gaze