Telescopi espacial Hubble: astrònoms comparteixen 17 de les millors fotografies espacials

En aquesta característica especial, hem convidat astrònoms principals a triar la imatge del telescopi espacial Hubble que té la major rellevància científica per a ells. Les imatges que han triat no són sempre les fotos de glòria de colors que poblen les incomptables galeries "millors" d’Internet, sinó que el seu impacte ve en les idees científiques que revelen.

Tanya Hill, Museum Victoria

El meu objecte astronòmic preferit de tots els temps és la nebulosa d'Orió: un núvol de gasos bonic i proper que està formant estels de forma activa. Jo era un estudiant de secundària quan vaig veure per primera vegada la nebulosa a través d'un petit telescopi i em va donar un sentit d’èxit per apuntar manualment el telescopi en la direcció correcta i, després d’una mica de caça, per finalitzar el rastreig al cel (no hi havia cap botó automàtic d’acostar-se a aquest telescopi).

Per descomptat, allò que vaig veure fa molt de nit va ser un núvol de gasos sorprenentment delicat i fresc en blanc i negre. Una de les coses meravelloses que fa Hubble és revelar els colors de l'univers. I aquesta imatge de la nebulosa d'Orió és la nostra millor oportunitat per imaginar-nos el que semblaria si podíem anar-hi i veure-ho de prop.

Així, doncs, moltes de les imatges de Hubble s'han convertit en una icona i, per a mi, l’alegria de veure les seves belles imatges unir la ciència i l’art d’una manera que involucra al públic. L’entrada al meu despatx compta amb una enorme còpia d’aquesta imatge empesa en una paret de 4 m d´amplada i 2,5 m d´alçada. Et puc dir, és una manera increïble de començar cada dia laborable.

Michael Brown, Universitat de Monash

L’impacte dels fragments del Comet Shoemaker Levy 9 amb Júpiter el juliol de 1994 va ser la primera vegada que els astrònoms van avisar amb antelació d’una col·lisió planetària. Molts dels telescopis del món, inclòs el recentment reparat Hubble, van girar la seva mirada cap al planeta gegant.

El xoc del cometa va ser també la meva primera experiència professional en astronomia observacional. Des d’una cúpula freda sobre el mont Stromlo, vam esperar veure les llunes de Júpiter que reflectissin la llum dels fragments de cometes que cauen al costat més allunyat de Júpiter. Malauradament, no vam veure flaixos de llum de les llunes de Júpiter.

No obstant això, Hubble va tenir una visió sorprenent i inesperada. Els impactes del costat més allunyat de Júpiter van produir plomalls que es van elevar fins als núvols de Júpiter i van arribar a la seva vista breument des de la Terra.

Mentre que Júpiter girava sobre el seu eix, sorgien enormes cicatrius fosques. Cada cicatriu era el resultat de l'impacte d'un fragment de cometa, i algunes de les cicatrius tenien un diàmetre més gran que la nostra lluna. Per als astrònoms de tot el món, era una vista que deixava caure la mandíbula.

William Kurth, Universitat d’Iowa

Aquest parell d’imatges mostra un espectacular espectacle de llum aurora ultravioleta prop del pol del nord de Saturn el 2013. Les dues imatges es van prendre només 18 hores de diferència, però mostren canvis en la brillantor i la forma de les aurores. Vam utilitzar aquestes imatges per entendre millor l’impacte que el vent solar té sobre les aurores.

Vam utilitzar fotografies Hubble com aquestes adquirides pels meus astrònoms per fer un seguiment de les aurores en utilitzar la sonda Cassini, en òrbita al voltant de Saturn, per observar les emissions de ràdio associades a les llums. Hem estat capaços de determinar que la brillantor de les aurores es correlaciona amb intensitats de radi més elevades.

Per tant, puc utilitzar les observacions de ràdio contínues de Cassini per dir-me si les aurores estan o no actives, fins i tot si no tenim sempre imatges per mirar. Aquest va ser un gran esforç, incloent molts investigadors de Cassini i astrònoms terrestres.

John Clarke, Universitat de Boston

Aquesta imatge ultraviolada de l’aurora septentrional de Júpiter mostra la millora constant de la capacitat dels instruments científics de Hubble. Les imatges de l’espectrògraf d’imagatzematge d’imatges de telescopi espacial (STIS) van mostrar, per primera vegada, la gamma completa d’emissions aurorals que acabàvem entenent.

La càmera antiga de la càmera planetària Wide Field 2 (WFPC2) havia demostrat que les emissions aurals de Júpiter giraven amb el planeta, en lloc de ser fixades amb la direcció del sol, de manera que Júpiter no es comportava com la Terra.

Sabíem que hi havia aurora des dels mega-amperes que flueixen d’Io al llarg del camp magnètic fins a Júpiter, però no estem segurs que això passaria amb els altres satèl·lits. Mentre que hi havia moltes imatges ultraviolades de Júpiter preses amb STIS, m'agrada això perquè mostra clarament les emissions aurorals de les empremtes magnètiques de les llunes de Júpiter Io, Europa i Ganymede i l'emissió d'Io mostra clarament l’altura de la cortina auroral. Em sembla tridimensional.

Fred Watson, Observatori Astronòmic d'Austràlia

Fixeu-vos bé en aquestes imatges del planeta nan, Plutó, que mostren detalls al límit extrem de les capacitats del Hubble. Als pocs dies seran un barret vell i ningú no tornarà a mirar-los.

Per què? Perquè a principis de maig, la nau espacial New Horizons estarà prou a prop de Plutó perquè les seves càmeres revelin millor detall, ja que la nau s'apropa al seu punt de trobada del 14 de juliol.

No obstant això, aquesta seqüència d'imatges, que data dels primers anys del 2000, ha donat als científics planetaris les seves millors idees fins ara, els colors variats que revelen subtils variacions en la química de la superfície de Plutó. Aquesta regió groguenca destacada a la imatge central, per exemple, té un excés de monòxid de carboni congelat. No se sap per què hauria de ser-ho.

Les imatges d’Hubble són encara més notables, ja que Plutó és només el 2/3 del diàmetre de la nostra pròpia lluna, però gairebé 13.000 vegades més lluny.

Chris Tinney, Universitat de Nova Gal·les del Sud

Una vegada vaig arrossegar a la meva dona al meu despatx per mostrar-li amb orgull els resultats d'algunes observacions d'imatges realitzades al telescopi anglo-australià amb un (després) nou i (després) estat de la tècnica de 8.192 x 8.192 píxels. Les imatges eren tan grans, que havien d’imprimir-se en diverses pàgines A4 i després es van enganxar per crear un enorme mapa en blanc i negre d’un cúmul de galàxies que cobrien tot un mur.

Vaig ser aixafada quan va fer un cop d'ull i va dir: "Sembla un motlle".

El que només demostra que la millor ciència no sempre és la més bonica.

La meva selecció de la millor imatge de HST és una altra imatge en blanc i negre del 2012 que també "sembla un motlle". Però enterrat al cor de la imatge hi ha un punt feble aparentment inusual. Tanmateix, representa la detecció confirmada de l’exemple més fred d’una nana marró que va ser descoberta. Un objecte que està a l'aguait a menys de 10 parsecs (32,6 anys llum) del sol amb una temperatura d'uns 350 Kelvin (77 graus Celsius) –un fred més que una tassa de te!

I avui dia continua sent un dels objectes compactes més freds que hem detectat fora del nostre sistema solar.

Lucas Macri, Texas A&M University

El 2004 vaig formar part d’un equip que utilitzava la recentment instal·lada càmera avançada d’enquestes (ACS) a Hubble per observar una petita regió del disc d’una galàxia espiral pròxima (Messier 106) en 12 ocasions diferents en 45 dies. Aquestes observacions ens van permetre descobrir més de 200 variables Cefeides, que són molt útils per mesurar distàncies a les galàxies i, finalment, determinar la taxa d’expansió de l’univers (denominada adequadament la constant de Hubble).

Aquest mètode requereix un calibratge adequat de les lluminositats cefeides, que es pot fer a Messier 106 gràcies a una estimació molt precisa i precisa de la distància a aquesta galàxia (24,8 milions d’anys llum), obtinguda per mitjà d’observacions de ràdio de l’aigua. núvols orbitant el forat negre massiu al seu centre (no inclòs a la imatge).

Uns anys més tard, vaig estar involucrat en un altre projecte que va utilitzar aquestes observacions com el primer pas en una escala de distància còsmica robusta i va determinar el valor de la constant del Hubble amb una incertesa total del 3%.

Howard Bond, Pennsylvania State University

Una de les imatges que més em va animar –encara que no es fes mai famosa– va ser el nostre primer ressò clar al voltant de l'estranya estrella explosiva V838 Monocerotis. La seva erupció es va descobrir al gener del 2002 i es va descobrir el seu ressò lleuger aproximadament un mes més tard, tant de petits telescopis terrestres.

Tot i que la llum de l'explosió viatja directament a la Terra, també surt al costat, reflecteix la pols propera i arriba a la Terra més tard, produint el "ressò".

Els astronautes havien atès el Hubble el març de 2002, instal·lant la nova càmera avançada per a enquestes (ACS). A l’abril vam ser un dels primers a utilitzar ACS per a observacions científiques.

Sempre em va agradar pensar que la NASA d'alguna manera sabia que la llum de V838 es trobava cap a nosaltres des de 20.000 anys llum de distància i que ACS es va instal·lar just a temps. La imatge, fins i tot en un sol color, era increïble. Hem obtingut moltes més observacions del ressò del Hubble durant la dècada següent, i són algunes de les més espectaculars de tots, i MOLT famoses, però encara recordo que em vaig espantar quan el vaig veure primer.

Philip Kaaret, Universitat d’Iowa

Les galàxies formen estrelles. Algunes d'aquestes estrelles acaben amb les seves vides "normals" col·lapsant-se en forats negres, però després comencen noves vides, ja que potents emissors de raigs X alimentats per gasos van aspirar a una estrella.

He obtingut aquesta imatge de Hubble (en vermell) de la galàxia Medusa per entendre millor la relació entre binaris de raigs X de forats negres i la formació d'estrelles. La sorprenent aparença de la medusa sorgeix perquè és una col·lisió entre dues galàxies: el "cabell" és la resta d’una galàxia trencada per la gravetat de l’altre. El blau de la imatge mostra els raigs X, representats amb l’Observatori de raigs X de Chandra. Els punts blaus són binaris de forats negres.

Els treballs anteriors havien suggerit que el nombre de binaris de raigs X és simplement proporcional a la velocitat amb què la galàxia hoste forma estrelles. Aquestes imatges de la medusa ens van permetre demostrar que la mateixa relació es manté, fins i tot enmig de col·lisions galàctiques.

Mike Eracleous, Pennsylvania State University

Algunes de les imatges del Telescopi espacial Hubble que em resulten molt atractives mostren les galàxies que interactuen i es fusionen, com les Antigues (NGC 4038 i NGC 4039), els Ratolins (NGC 4676), la Cartwheel galaxy (ESO 350-40) i molts altres sense sobrenoms.

Són exemples espectaculars d’events violents que són comuns en l’evolució de les galàxies. Les imatges ens proporcionen detalls exquisits sobre el que succeeix durant aquestes interaccions: la distorsió de les galàxies, la canalització del gas cap als seus centres i la formació d'estrelles.

Trobo aquestes imatges molt útils quan explico al públic en general el context de la meva pròpia investigació, l’acreció de gasos pels forats negres supermassius als centres d’aquestes galàxies. Un vídeo especialment útil i útil és un vídeo creat per Frank Summers al Space Telescope Science Institute (STScI), il·lustrant el que aprenim comparant aquestes imatges amb models de col·lisions de galàxies.

Michael Drinkwater, Universitat de Queensland

Les nostres millors simulacions per ordinador ens diuen que les galàxies creixen xocant i fusionant-se entre elles. De la mateixa manera, les nostres teories ens diuen que quan dues galàxies espirals xoquen, haurien de formar una gran galàxia el·líptica. Però, en realitat, veure's succeir és una altra història completament!

Aquesta bella imatge del Hubble ha capturat una col·lisió de galàxies en acció. Això no només ens diu que les nostres prediccions són bones, però ens permet començar a elaborar els detalls perquè ara podem veure el que realment succeeix.

Hi ha focs artificials de nova formació estel·lar provocats quan els núvols de gas es xoquen i es produeixen enormes distorsions a mesura que es trenquen els braços espirals. Tenim un llarg camí per fer abans que entenguem completament com es formen les galàxies grans, però aquestes imatges apunten el camí.

Roberto Soria, ICRAR-Curtin University

Aquesta és la vista de resolució més alta d’un jet col·limat alimentat per un forat negre supermassiu al nucli de la galàxia M87 (la galàxia més gran del conjunt de Virgo, de 55 milions d’anys llum de nosaltres).

El jet surt de la regió de plasma calent que envolta el forat negre (a dalt a l'esquerra) i el podem veure corrent a través de la galàxia, a una distància de 6.000 anys-llum. La llum blanca / porpra del raig en aquesta impressionant imatge és produïda pel flux d’electrons en espiral al voltant de les línies de camp magnètic a una velocitat aproximada del 98% de la velocitat de la llum.

Comprendre el pressupost energètic dels forats negres és un problema desafiant i fascinant en l'astrofísica. Quan el gas cau en un forat negre, una gran quantitat d’energia s’allibera en forma de llum visible, de rajos X i de jets d’electrons i de positrons que viatgen gairebé a la velocitat de la llum. Amb Hubble, podem mesurar la mida del forat negre (mil vegades més gran que el forat negre central de la nostra galàxia), l’energia i la velocitat del seu jet, i l’estructura del camp magnètic que el col·loca.

Jane Charlton, Pennsylvania State University

Quan la meva proposta de telescopi espacial Hubble va ser acceptada el 1998, va ser una de les emocions més grans de la meva vida. Imagineu-vos que, per a mi, el telescopi capturaria el Quintet de Stephan, un impressionant grup compacte de galàxies!

Durant els propers mil milions d’anys, les galàxies Quintet de Stephan continuaran en la seva majestuosa dansa, guiada per l’atracció gravitacional de l’altre. Finalment, es combinaran, canviaran les seves formes i, finalment, es convertiran en un.

Des de llavors hem observat diversos altres grups compactes de galàxies amb Hubble, però el Quintet de Stephan sempre serà especial perquè el seu gas ha estat alliberat de les seves galàxies i s'il·lumina en dramàtiques explosions de formació estel·lar intergalàctica. Què tan bo estar viu en un moment en què podem construir el Hubble i empènyer les nostres ments per entendre el significat d'aquests senyals del nostre univers. Gràcies a tots els herois que van fer i van mantenir el Hubble.

Geraint Lewis, Universitat de Sydney

Quan es va iniciar el 1990 el Hubble, començava el meu doctorat estudia la lentilització gravitacional, l’acció de la massificació flexionant els camins dels raigs de llum a través de l’univers.

La imatge de Hubble del clúster massiu de galàxies, Abell 2218, aporta aquest enfocament gravitacional a un enfocament agut, revelant com la quantitat massiva de matèria fosca present al cúmul, la matèria que uneix els molts centenars de galàxies, magnifica la llum de fonts moltes vegades més llunyà.

Mentre mirem profundament a la imatge, aquestes imatges altament amplificades són evidents com ratlles fines i llargues, les vistes distorsionades de galàxies infantils que normalment serien impossibles de detectar.

Us dóna una pausa per pensar que aquestes lents gravitacionals, que actuen com a telescopis naturals, usen l’estir gravitacional de la matèria invisible per revelar detalls sorprenents de l’univers que normalment no podem veure!

Rachel Webster, Universitat de Melbourne

La lent gravitativa és una manifestació extraordinària de l’efecte de la massa sobre la forma de l’espai-temps al nostre univers. Essencialment, on hi hagi massa, l'espai és corbat i, per tant, els objectes vistos a la distància, més enllà d'aquestes estructures massives, tenen les seves imatges distorsionades.

És com un miratge; de fet, aquest és el terme que utilitza el francès per a aquest efecte. En els primers dies del telescopi espacial Hubble, va aparèixer una imatge dels efectes de la lentilització d’un conjunt massiu de galàxies: les minúscules galàxies de fons es van estirar i distorsionar, però van abraçar el cúmul, gairebé com un parell de mans.

Estava sorprès. Aquest va ser un homenatge a l’extraordinària resolució del telescopi, que operava molt per sobre de l’atmosfera de la Terra. Vistos des del terra, aquestes extraordinàries capes fines de llum galàctica s’havien estès i no es podrien distingir del soroll de fons.

La meva classe de astrofísica de tres anys va explorar els 100 millors trets d'Hubble i van quedar impressionats pels colors extraordinaris, però reals, dels núvols de gas. No obstant això, no puc anar més enllà d’una imatge que mostri l’efecte de la massa sobre el teixit mateix del nostre univers.

Kim-Vy Tran, Texas A&M

Amb la Relativitat General, Einstein va postular que la matèria canvia d'espai i pot doblar la llum. Una conseqüència fascinant és que objectes molt massius de l’univers magnifiquen la llum de galàxies llunyanes, convertint-se en essència en telescopis còsmics.

Amb el telescopi espacial Hubble, ara hem aprofitat aquesta poderosa capacitat per observar les primeres galàxies.

Aquesta imatge del Hubble mostra un rusc de galàxies que tenen massa suficient per doblegar la llum de galàxies molt llunyanes en arcs brillants. El meu primer projecte com a estudiant de postgrau era estudiar aquests objectes notables i encara utilitzo el Hubble avui per explorar la naturalesa de les galàxies a través del temps còsmic.

Alan Duffy, Swinburne University of Technology

A l’ull humà, el cel nocturn d’aquesta imatge està completament buida. Una regió petita no més gruixuda que un gra d’arròs que es manté al llarg dels braços. El telescopi espacial Hubble va ser apuntat a aquesta regió durant 12 dies sencers, deixant que la llum afectés els detectors i, lentament, un a un, les galàxies aparegueren fins que tota la imatge es va omplir amb 10.000 galàxies que s'estiraven tot l'univers.

Els més distants són petits punts vermells de desenes de milers de milions de anys llum de distància, que es remunten a una època a uns pocs centenars de milions d’anys després del Big Bang. El valor científic d’aquesta imatge única és enorme. Va revolucionar les nostres teories tant de com es podien formar les galàxies primerenques i de la rapidesa amb què podien créixer. La història del nostre univers, així com la rica varietat de formes i mides de galàxies, es troba en una sola imatge.

Per a mi, allò que fa realment extraordinària aquesta imatge és que dóna una ullada a l'escala del nostre univers visible. Tantes galàxies en un àmbit tan petit implica que hi ha 100 mil milions de galàxies a tot el cel nocturn. Una galàxia sencera per a cada estrella de la nostra Via Làctia!

James Bullock, Universitat de Califòrnia, Irvine

Això és el que fa Hubble. Una única i impressionant visió pot desemmascarar tant el nostre Univers: el seu passat llunyà, la seva reunió en curs i, fins i tot, les lleis físiques fonamentals que uneixen tot plegat.

Estem mirant pel cor d’un grup de galàxies que s’estranyen. Aquestes boles blanques brillants són galàxies gegants que van dominar el centre de clústers. Mireu de prop i veureu que es treuen de trossos de llum blanca difusa. El clúster actua com una batedora gravitacional, produint moltes galàxies individuals en un sol núvol d'estrelles.

Però el propi clúster és només el primer capítol de la història còsmica que es revela aquí. Vegeu aquests febles anells i arcs blaus? Aquestes són les imatges distorsionades d'altres galàxies que se situen molt lluny.

L’immensa gravetat del cúmul fa que l’espai-temps s’envoltin. A mesura que passa la llum procedent de galàxies llunyanes, és obligat a doblegar-se en formes estranyes, com una lupa deformada que distorsionaria i il·luminaria la nostra vista d'una espelma tènue. Aprofitant la nostra comprensió de la relativitat general d'Einstein, Hubble està utilitzant el clúster com un telescopi gravitacional, el que ens permet veure més i més feble que mai abans possible. Estem mirant molt enrere per veure galàxies, ja que feia més de 13.000 milions d’anys!

Com a teòric, vull entendre el cicle de vida complet de les galàxies: com neixen (petites, blaus, amb noves estrelles), com creixen i, finalment, com moren (grans, vermelles, amb la llum de les antigues) estrelles). El Hubble ens permet connectar aquestes etapes. Algunes de les galàxies més dèbils i distants d’aquesta imatge estan destinades a convertir-se en galàxies monstruoses, com les blanques brillants en primer pla. Estem veient el passat llunyà i el present en una sola imatge gloriosa.

Aquest article va ser publicat originalment a The Conversation de Tanya Hill amb autors que van contribuir: 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 i William Kurth. Llegiu l'article original aquí.