Wie das Hubble-Weltraumteleskop uns die Augen für die ersten Galaxien des Universums öffnete

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Dies Hubble-Weltraumteleskop vor 30 Jahren am 24. vierter Monat des Jahres uff den Markt gebracht. Es ist ein beeindruckender Postmeilensäule, zumal seine erwartete Nutzungsdauer nur 10 Jahre betrug.

Einer welcher Hauptgründe pro die Langlebigkeit des Hubble-Teleskops ist, dass es durch Space-Shuttle-Besuche mit neuen Beobachtungsinstrumenten gewartet und verbessert werden kann.

Wie Hubble oder HST zum ersten Mal gestartet wurde, konnten seine Instrumente ultraviolettes Licht mit Wellenlängen beobachten, die kürzer sind, wie dies Sehorgan sehen kann, sowie optisches Licht mit Wellenlängen, die pro Menschen visuell sind. Eine Wartungsmission im Jahr 1997 fügte ein Maßnahme hinzu, um nahes Wärmestrahlung zu beobachten, dies längere Wellenlängen hat, wie Menschen sehen können. Hubbles neue Infrarotaugen boten zwei neue Hauptfähigkeiten: die Fähigkeit, weiter in den Weltraum zu sehen wie zuvor und tiefer in die staubigen Regionen welcher Sternentstehung zu blicken.

Ich bin Astrophysiker an der University of Arizona welcher Nahinfrarotbeobachtungen verwendet hat, um besser zu verstehen, wie dies Universum funktioniert, von welcher Sternentstehung solange bis zur Kosmologie. Vor etwa 35 Jahren erhielt ich die Unwägbarkeit, eine Nahinfrarotkamera und ein Spektrometer pro Hubble zu zusammensetzen. Es war die Unwägbarkeit ihres Lebens. Die Kamera, die mein Team entworfen und entwickelt hat, hat die Formgebung und Weise verändert, wie Menschen dies Universum sehen und verstehen. Dies Maßnahme wurde unter unserer Pipeline im Zusammenhang Tanzerei Aerospace in Boulder, Colorado, gebaut.

Dies Licht, dies wir mit unseren Augen sehen können, ist Teil eines Strahlungsbereichs, welcher wie elektromagnetisches Spektrum berühmt ist. Kürzere Lichtwellenlängen nach sich ziehen eine höhere Kraft, und längere Lichtwellenlängen nach sich ziehen eine niedrigere Kraft. Dies Hubble-Weltraumteleskop sieht hauptsächlich sichtbares Licht (hier durch den Regenbogen angedeutet) sowie irgendwas Infrarot- und Ultraviolettstrahlung.
NASA/JHUAPL/SwRI

Weiter und früher sehen

Edwin Hubble, welcher Namensvetter von HST, entdeckte in den frühen 1900er Jahren, dass sich dies Universum ausdehnt und dass dies Licht entfernter Galaxien zu längeren, röteren Wellenlängen verschoben wurde, ein Phänomen, dies wie Rotverschiebung bezeichnet wird. Je größer welcher Leerschlag, umso größer die Verschiebung. Denn je weiter ein Objekt fern ist, umso länger dauert es, solange bis dies Licht uns hier uff welcher Schutzleiter erreicht und umso mehr hat sich dies Universum in dieser Zeit weit.

Die Ultraviolett- und optischen Instrumente von Hubble hatten Bilder welcher entferntesten jemals gesehenen Galaxien aufgenommen, berühmt wie dies Northern Hubble Deep Field oder NHDF, die 1996 veröffentlicht wurden. Ebendiese Bilder hatten jedoch aufgrund welcher Rotverschiebung ihre Entfernungsgrenze erreicht hatte dies gesamte Licht welcher entferntesten Galaxien aus dem sichtbaren ins Infrarot verschoben.

Eines welcher neuen Instrumente, die Hubble in welcher zweiten Wartungsmission hinzugefügt wurden, hat den seltsamen Namen, the Nahinfrarotkamera und Multi-Objekt-Spektrometer, NICMOS, sehr „Nick Moss“. Die Nahinfrarotkameras von NICMOS beobachteten Regionen des NHDF und entdeckten noch weiter entfernte Galaxien mit ihrem gesamten Licht im nahen Infrarot.

Ein typisches Gemälde, dies mit NICMOS aufgenommen wurde. Es zeigt zusammensetzen gigantischen Sternhaufen zentral unserer Milchstraße. NICMOS ist dank seiner Infrarotfähigkeiten in welcher Stellung, durch die schweren Staub- und Gaswolken in diesen zentralen Regionen zu blicken.
NASA/JHUAPL/SwRI

Astronomen nach sich ziehen dies Vorrecht, Gimmick in welcher Vergangenheit zu beobachten, die sie die „Rückschauzeit“ nennen. Unser bestes Maßstab pro dies Bursche des Universums beträgt 13,7 Milliarden Jahre. Die Strecke, die dies Licht in einem Jahr zurücklegt, nennt man Lichtjahr. Die entferntesten von NICMOS beobachteten Galaxien befanden sich in einer Entfernung von so gut wie 13 Milliarden Lichtjahren. Dies bedeutete, dass dies von NICMOS entdeckte Licht 13 Milliarden Jahre weit unterwegs war und zeigte, wie die Galaxien vor 13 Milliarden Jahren aussahen, einer Zeit, wie dies Universum nur etwa 5 % seines heutigen Alters hatte. Dies waren manche welcher ersten Galaxien, die jemals geschaffen wurden, und bildeten neue Sterne mit mehr wie dem Tausendfachen welcher Schnelligkeit, mit welcher die meisten Galaxien im gegenwärtigen Universum Sterne repräsentieren.

Versteckt durch Staub

Obwohl Astronomen die Sternentstehung jahrzehntelang untersucht nach sich ziehen, bleiben viele Fragen ungeschützt. Ein Teil des Problems besteht darin, dass die meisten Sterne in Wolken aus Molekülen und Staub entstehen. Jener Staub absorbiert dies ultraviolette und den größten Teil des optischen Lichts, dies von sich bildenden Sternen ausgestrahlt wird, welches es pro die ultravioletten und optischen Instrumente von Hubble schwierig macht, den Prozess zu untersuchen.

Je länger oder röter die Wellenlänge des Lichts ist, umso weniger wird absorbiert. Insoweit erscheinen Sonnenuntergänge, im Zusammenhang denen dies Licht lange Zeit Verwässerung staubiger Luft einführen muss, rot.

Dies nahe Infrarot hat es jedoch noch leichter, Staub zu einführen wie dies rote optische Licht. NICMOS kann Sternentstehungsregionen mit welcher überlegenen Bildqualität von Hubble untersuchen, um die Einzelheiten zu erzwingen, wo die Sternentstehung stattfindet. Ein gutes Sichtweise ist dies ikonische Hubble-Gemälde von der Adlernebelsogar berühmt wie die Säulen welcher Schöpfung.

Dies optische Gemälde zeigt majestätische Säulen, die die Sternentstehung gut ein großes Raumvolumen zu zeigen scheinen. Dies NICMOS-Gemälde zeigt jedoch ein anderes Gemälde. Hinaus dem NICMOS-Gemälde sind die meisten Säulen transparent ohne Sternentstehung. Sterne repräsentieren sich nur an welcher Spitze welcher Säulen. Die optischen Säulen sind nur leerer Staub, welcher dies Licht einer Menge naher Sterne reflektiert.

Jener Adlernebel im sichtbaren Licht.
NASA, ESA und das Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
In diesem Gemälde des Hubble-Weltraumteleskops sind die Säulen welcher Schöpfung des Adlernebels zu sehen. Hier sind die Säulen im Wärmestrahlung zu sehen, dies Staub und Gas durchdringt und zusammensetzen ungewohnteren – doch ebenso erstaunlichen – Blick uff die Säulen freigibt.
NASA, ESA/Hubble und das Hubble Heritage Team

Jener Beginn des Infrarotzeitalters

Wie NICMOS 1997 in dies HST aufgenommen wurde, hatte die US-Raumfahrtbehörde keine Pläne pro eine zukünftige Infrarot-Weltraummission. Dies änderte sich schnell, wie die Ergebnisse von NICMOS offensichtlich wurden. Basierend uff den Datenmaterial von NICMOS nach sich ziehen die Wissenschaftler dies vollwertig gelernt Gebildete Galaxien existierten viel früher als erwartet im Universum. Dies bestätigten sogar die NICMOS-Bilder Die Expansion des Universums beschleunigt sich anstatt langsamer zu werden, wie bisher fiktiv. Den NHDF-Infrarotbildern folgten 2005 die Hubble Ultra Deep Field-Bilder, die die Wirkmächtigkeit welcher Nahinfrarot-Bildgebung entfernter junger Galaxien weiter zeigten. Darob beschloss die US-Raumfahrtbehörde, in die zu investieren James-Webb-Weltraumteleskopoder JWST, ein Teleskop, dies viel größer wie HST ist und ausschließlich Infrarotbeobachtungen gewidmet ist.

Hinaus Hubble wurde welcher dritten Version welcher Wide-Field-Kamera, die im Mai 2009 installiert wurde, ein Nahinfrarot-Imager hinzugefügt. Ebendiese Kamera verwendete eine verbesserte Version welcher NICMOS-Detektorarrays, die eine höhere Trennschärfe und ein breiteres Sichtfeld hatte. Dies James-Webb-Weltraumteleskop hat viel größere Versionen welcher NICMOS-Detektorarrays, die eine größere Wellenlängenabdeckung nach sich ziehen wie die vorherigen Versionen.

Dies James-Webb-Weltraumteleskop, dies im März 2021 gestartet werden soll, gefolgt vom Wide Field Infrared Survey Telescope, bildet den Hauptteil welcher zukünftigen Weltraummissionen welcher US-Raumfahrtbehörde. Ebendiese Programme wurden jedweder durch die Nahinfrarot-Beobachtungen von HST hervorgebracht. Sie wurden durch die ursprüngliche Investment in eine Nahinfrarotkamera und ein Spektrometer ermöglicht, um Hubble seine Infrarotaugen zu spendieren. Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop erwarten Astronomen, die allerersten Galaxien zu sehen, die sich im Universum zivilisiert nach sich ziehen.

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