Hubble Deep Field (HDF) ist ein Image eines kleinen Gebiets in der Konstellation Ursa, der Größer, von einer Reihe von Beobachtungen durch das Hubble Raumfernrohr gebaut ist. Es bedeckt ein Gebiet 2.5 arcminutes über über 24, die des ganzen Himmels millionst sind, der in der winkeligen Größe zu einem 65-Mm-Tennisball in einer Entfernung von 100 Metern gleichwertig ist. Das Image wurde von 342 getrennten Aussetzungen gesammelt, die mit der Breiten Planetarischen und Feldkamera des Raumfernrohrs 2 mehr als zehn Konsekutivtage zwischen am 18. Dezember und am 28. Dezember 1995 genommen sind.

Das Feld ist so klein, dass nur einige Vordergrundsterne in der Milchstraße innerhalb seiner liegen; so sind fast alle 3,000 Gegenstände im Image Milchstraßen, von denen einige unter dem jüngsten und am entferntesten bekannt sind. Durch die Aufdeckung solcher großer Anzahl von sehr jungen Milchstraßen ist der HDF ein merkliches Image in der Studie des frühen Weltalls mit dem verbundenen wissenschaftlichen Papier geworden, das mehr als 800 Zitate am Ende von 2008 erhalten hat.

Drei Jahre, nachdem die HDF Beobachtungen genommen wurden, wurde ein Gebiet in der himmlischen Südhalbkugel auf eine ähnliche Weise dargestellt und den Hubble Tiefen Feldsüden genannt. Die Ähnlichkeiten zwischen den zwei Gebieten haben den Glauben gestärkt, dass das Weltall über große Skalen gleichförmig ist, und dass die Erde ein typisches Gebiet im Weltall (der kosmologische Grundsatz) besetzt. Ein breiterer, aber seichterer Überblick wurde auch als ein Teil der Großen Sternwarte-Ursprünge Tiefer Überblick gemacht. 2004 wurde ein tieferes Image, bekannt als Hubble Ultra-Deep Field (HUDF), von insgesamt elf Tagen von Beobachtungen gebaut. Das HUDF Image ist das empfindlichste astronomische an sichtbaren Wellenlängen jemals gemachte Image.

Vorstellung

Eines der Schlüsselziele der Astronomen, die das Hubble Raumfernrohr entworfen haben, sollte seine hohe optische Entschlossenheit verwenden, um entfernte Milchstraßen zu einem Niveau des Details zu studieren, das vom Boden nicht möglich war. Eingestellt über der Atmosphäre vermeidet Hubble atmosphärischen airglow das Erlauben davon, empfindlichere sichtbare und ultraviolette leichte Images zu nehmen, als es mit Sehen-beschränkten Boden-basierten Fernrohren erhalten werden kann (wenn die gute anpassungsfähige Optik-Korrektur an sichtbaren Wellenlängen möglich wird, Boden-basierte 10-M-Fernrohre konkurrenzfähig werden können). Obwohl der Spiegel des Fernrohrs unter der kugelförmigen Abweichung gelitten hat, als das Fernrohr 1990 gestartet wurde, konnte es noch verwendet werden, um Images von entfernteren Milchstraßen zu nehmen, als vorher erreichbar gewesen war. Weil Licht Milliarden von Jahren nimmt, um Erde von sehr entfernten Milchstraßen zu erreichen, sehen wir sie, wie sie vor Milliarden von Jahre waren; so erlaubt das Verlängern des Spielraums solcher Forschung zu immer entfernteren Milchstraßen ein besseres Verstehen dessen, wie sie sich entwickeln.

Nachdem die kugelförmige Abweichung während der Raumfähre-Mission STS-61 1993 korrigiert wurde, wurden die verbesserten Bildaufbereitungsfähigkeiten zum Fernrohr verwendet, um immer entferntere und schwache Milchstraßen zu studieren. Medium Deep Survey (MDS) hat die Breite Planetarische und Feldkamera 2 (WFPC2) verwendet, um tiefe Images von zufälligen Feldern zu nehmen, während andere Instrumente für vorgesehene Beobachtungen verwendet wurden. Zur gleichen Zeit haben sich andere hingebungsvolle Programme auf Milchstraßen konzentriert, die bereits durch die Boden-basierte Beobachtung bekannt waren. Alle diese Studien haben wesentliche Unterschiede zwischen den Eigenschaften von Milchstraßen heute und denjenigen offenbart, die vor mehreren Milliarden Jahren bestanden haben.

Bis zu 10 % der Beobachtungszeit des HST werden als Zeit von Director's Discretionary (DD) benannt, und werden normalerweise Astronomen zuerkannt, die unerwartete vergängliche Phänomene wie supernovae studieren möchten. Einmal die Verbesserungsoptik von Hubble wurden gezeigt eine gute Leistung zu bringen, Robert Williams, der Dann-Direktor des Raumfernrohr-Wissenschaftsinstituts, hat sich dafür entschieden, einen wesentlichen Bruchteil seiner DD Zeit während 1995 zur Studie von entfernten Milchstraßen zu widmen. Ein spezieller Institutberatungsausschuss hat empfohlen, dass die WFPC2 verwendet werden, um einen "typischen" Fleck des Himmels an einer hohen galaktischen Breite mit mehreren optischen Filtern darzustellen. Eine Arbeitsgruppe wurde aufgestellt, um das Projekt zu entwickeln und durchzuführen.

Zielauswahl

Das für die Beobachtungen ausgewählte Feld musste mehrere Kriterien erfüllen. Es musste an einer hohen galaktischen Breite sein, weil Staub- und Verdunkeln-Sache im Flugzeug der Scheibe der Milchstraße Beobachtungen von entfernten Milchstraßen an niedrigen galaktischen Breiten verhindert. Das Zielfeld musste bekannte helle Quellen des sichtbaren Lichtes (wie Vordergrundsterne), und infrarot, ultraviolett und Röntgenstrahl-Emissionen vermeiden, um spätere Studien an vielen Wellenlängen der Gegenstände im tiefen Feld zu erleichtern, und musste auch in einem Gebiet mit einer niedrigen Hintergrundinfrarot'Ranke', dem ausgießen, büschelige Infrarotemission sein, die geglaubt ist, durch warme Staub-Körner in kühlen Wolken von Wasserstoffbenzin (H I Gebiete) verursacht zu werden.

Diese Kriterien haben das Feld von potenziellen Zielgebieten eingeschränkt. Es wurde entschieden, dass das Ziel in den 'dauernden Betrachtungszonen von Hubble' (CVZs) — die Gebiete des Himmels sein sollte, die nicht occulted durch die Erde oder den Mond während der Bahn von Hubble sind. Die Arbeitsgruppe hat sich dafür entschieden, sich auf den nördlichen CVZ zu konzentrieren, so dass Nordhemisphäre-Fernrohre wie die Fernrohre von Keck, die Kitt-Spitze Nationale Sternwarte-Fernrohre und Very Large Array (VLA) Anschlußbeobachtungen führen konnten.

Zwanzig Felder, die diese Kriterien befriedigen, wurden am Anfang identifiziert, von dem drei optimale Kandidat-Felder, alle innerhalb der Konstellation des Ursa Majors ausgewählt wurden. Radioschnellschuss-Beobachtungen mit dem VLA haben eines dieser Felder ausgeschlossen, weil es eine helle Radioquelle enthalten hat, und die Endentscheidung zwischen den anderen zwei auf der Grundlage von der Verfügbarkeit von Führer-Sternen in der Nähe vom Feld getroffen wurde: Beobachtungen von Hubble verlangen normalerweise ein Paar von nahe gelegenen Sternen, auf denen sich die Feinen Leitungssensoren des Fernrohrs während einer Aussetzung schließen lassen können, aber gegeben die Wichtigkeit von den HDF Beobachtungen, die Arbeitsgruppe hat einen zweiten Satz von Aushilfsführer-Sternen verlangt. Das Feld, das schließlich ausgewählt wurde, wird an einer richtigen Besteigung und einer Neigung dessen gelegen; im Gebiet ist es ein bloßes 5.3 Quadrat arcminutes. Das ist ungefähr 1/28,000,000 des Gesamtgebiets des Himmels.

Beobachtungen

Sobald ein Feld ausgewählt worden war, musste eine Beobachten-Strategie entwickelt werden. Eine wichtige Entscheidung war zu bestimmen, der durchscheint, würden die Beobachtungen verwenden; WFPC2 wird mit achtundvierzig Filtern einschließlich engbandiger Filter ausgestattet, die besondere Emissionslinien vom Astrophysical-Interesse und Breitbandfilter isolieren, die für die Studie der Farben von Sternen und Milchstraßen nützlich sind. Die Wahl von für den HDF zu verwendenden Filtern hat vom 'Durchfluss' jedes Filters — das Gesamtverhältnis des Lichtes abgehangen, das es durch — und der geisterhafte verfügbare Einschluss erlaubt. Filter mit bandpasses, der so wenig wie möglich überlappt, waren wünschenswert.

Schließlich wurden vier Breitbandfilter, in den Mittelpunkt gestellte an Wellenlängen von 300 nm (nah-ultraviolett), 450 nm (blaues Licht), 606 nm (roter Licht) und 814 (nah-infrarote) nm gewählt. Weil die Quant-Leistungsfähigkeit der Entdecker von Hubble an 300 nm ziemlich niedrig ist, ist das Geräusch in Beobachtungen an dieser Wellenlänge in erster Linie wegen des CCD Geräusches aber nicht Himmel-Hintergrunds; so konnten diese Beobachtungen zuweilen geführt werden, als hohes Nebengeräusch der Leistungsfähigkeit von Beobachtungen in anderem passbands geschadet hätte.

Zwischen am 18. Dezember und am 28. Dezember 1995 — während deren Zeit Hubble die Erde ungefähr 150mal umkreist hat — wurden 342 Images des Zielgebiets in den gewählten Filtern genommen. Die Gesamtaussetzungszeiten an jeder Wellenlänge waren 42.7 Stunden (300 nm), 33.5 Stunden (450 nm), 30.3 Stunden (606 nm) und 34.3 Stunden (814 nm), geteilt in 342 individuelle Aussetzungen, um bedeutenden Schaden an individuellen Images durch kosmische Strahlen zu verhindern, die helle Streifen veranlassen zu erscheinen, wenn sie CCD Entdecker schlagen. Weiter 10 Bahnen von Hubble wurden verwendet, um kurze Aussetzungen von angrenzenden Feldern zu machen, um Anschlußbeobachtungen durch andere Instrumente zu helfen.

Datenverarbeitung

Die Produktion eines vereinigten Endimages an jeder Wellenlänge war ein komplizierter Prozess. Helle Pixel, die durch kosmische Strahl-Einflüsse während Aussetzungen verursacht sind, wurden entfernt, indem sie Aussetzungen der gleichen Länge genommen nacheinander verglichen worden ist, und Pixel identifiziert worden ist, die durch kosmische Strahlen in einer Aussetzung, aber nicht dem anderen betroffen wurden. Spuren des Raumschuttes und der künstlichen Satelliten sind in den ursprünglichen Images da gewesen und wurden sorgfältig entfernt.

Das gestreute Licht von der Erde war in ungefähr einem Viertel der Datenrahmen offensichtlich, einen sichtbaren "X" Muster auf den Images schaffend. Das wurde durch die Einnahme eines durch das gestreute Licht betroffenen Images, das Übereinstimmen davon mit einem ungekünstelten Image und das Abziehen des ungekünstelten Images vom betroffenen entfernt. Das resultierende Image wurde geglättet, und konnte dann vom hellen Rahmen abgezogen werden. Dieses Verfahren hat fast das ganze gestreute Licht von den betroffenen Images entfernt.

Sobald die 342 individuellen Images von Erfolgen des kosmischen Strahls gereinigt und für das gestreute Licht korrigiert wurden, mussten sie verbunden werden. An den HDF Beobachtungen beteiligte Wissenschaftler haben für genannten 'drizzling' einer Technik den Weg gebahnt, in dem das Hinweisen des Fernrohrs minutely zwischen Sätzen von Aussetzungen geändert wurde. Jedes Pixel auf dem WFPC2 CCD Chips hat ein Gebiet des Himmels 0.09 arcseconds darüber registriert, aber durch das Ändern der Richtung, in der das Fernrohr durch weniger hinwies als das zwischen Aussetzungen, wurden die resultierenden Images mit hoch entwickelten bildbearbeitenden Techniken verbunden, um eine winkelige Endentschlossenheit besser nachzugeben, als dieser Wert. Die HDF an jeder Wellenlänge erzeugten Images hatten Endpixel-Größen von 0.03985 arcseconds.

Die Datenverarbeitung hat vier monochrome Images (an 300 nm, 450 nm, 606 nm und 814 nm), ein an jeder Wellenlänge nachgegeben. Ein Image wurde als rot (814 nm), das zweite so grün (606 nm) und das dritte benannt wie blau (450 nm), und die drei Images wurden verbunden, um ein Farbenimage zu geben. Weil die Wellenlängen, an denen die Images genommen wurden, den Wellenlängen des roten, grünen und blauen Lichtes nicht entsprechen, geben die Farben im Endimage nur eine ungefähre Darstellung der wirklichen Farben der Milchstraßen im Image; die Wahl von Filtern für den HDF (und die Mehrheit von Images von Hubble) wurde in erster Linie entworfen, um das wissenschaftliche Dienstprogramm der Beobachtungen zu maximieren aber nicht Farben entsprechend zu schaffen, was das menschliche Auge wirklich wahrnehmen würde.

Inhalt des tiefen Feldes

Die Endimages wurden auf einer Sitzung der amerikanischen Astronomischen Gesellschaft im Januar 1996 veröffentlicht, und haben einige entfernte, schwache Milchstraßen offenbart. Ungefähr 3,000 verschiedene Milchstraßen konnten in den Images sowohl mit unregelmäßigen als auch mit spiralförmigen klar sichtbaren Milchstraßen identifiziert werden, obwohl einige Milchstraßen im Feld nur einige Pixel darüber sind. Insgesamt, wie man denkt, enthält der HDF weniger als zwanzig galaktische Vordergrundsterne; bei weitem ist die Mehrheit von Gegenständen im Feld entfernte Milchstraßen.

Es gibt ungefähr fünfzig blaue einem Punkt ähnliche Gegenstände im HDF. Viele scheinen, mit nahe gelegenen Milchstraßen vereinigt zu werden, die zusammen Ketten und Kreisbogen bilden: Das werden wahrscheinlich Gebiete der intensiven Sternbildung sein. Andere können entfernte Quasare sein. Astronomen haben am Anfang die Möglichkeit ausgeschlossen, dass einige der einem Punkt ähnlichen Gegenstände weiß sind, ragt über, weil sie zu blau sind, um mit Theorien der weißen Zwergevolution überwiegend zurzeit im Einklang stehend zu sein. Jedoch hat neuere Arbeit gefunden, dass viele weiß überragen, werden blauer, weil sie alt werden, Unterstützung zur Idee leihend, dass der HDF weiß enthalten könnte, ragt über.

Wissenschaftliche Ergebnisse

Die HDF Daten haben äußerst reiches Material für Kosmologen zur Verfügung gestellt, um zu analysieren, und bezüglich Endes 2008, das verbundene wissenschaftliche Papier für das Image hat mehr als 800 Zitate erhalten. Eines der grundsätzlichsten Ergebnisse war die Entdeckung der großen Anzahl von Milchstraßen mit hohen Rotverschiebungswerten.

Als sich das Weltall ausbreitet, treten entferntere Gegenstände von der Erde schneller, darin zurück, was den Hubble-Fluss genannt wird. Das Licht von sehr entfernten Milchstraßen wird durch die kosmologische Rotverschiebung bedeutsam betroffen. Während Quasare mit hohen Rotverschiebungen, sehr wenige Milchstraßen mit größeren Rotverschiebungen bekannt waren, als einer bekannt war, bevor die HDF Images erzeugt wurden. Der HDF hat jedoch viele Milchstraßen mit Rotverschiebungen nicht weniger als sechs, entsprechend Entfernungen von ungefähr 12 Milliarden Lichtjahren enthalten. Wegen der Rotverschiebung sind die entferntesten Gegenstände im HDF (Lyman-Brechungsmilchstraßen) in den Images von Hubble nicht wirklich sichtbar; sie können nur in Images des HDF entdeckt werden, der an längeren Wellenlängen durch Boden-basierte Fernrohre genommen ist.

Die HDF Milchstraßen haben ein beträchtlich größeres Verhältnis von gestörten und unregelmäßigen Milchstraßen enthalten als das lokale Weltall; Milchstraße-Kollisionen und Fusionen waren im jungen Weltall üblicher, weil es viel kleiner war als heute. Es wird geglaubt, dass sich riesige elliptische Milchstraßen formen, wenn Spiralen und unregelmäßige Milchstraßen kollidieren.

Der Reichtum von Milchstraßen in verschiedenen Stufen ihrer Evolution hat auch Astronomen erlaubt, die Schwankung in der Rate der Sternbildung über die Lebenszeit des Weltalls zu schätzen. Während Schätzungen der Rotverschiebungen von HDF Milchstraßen etwas grob sind, glauben Astronomen, dass Sternbildung an seiner maximalen Rate vor 8-10 Milliarden Jahren vorkam, und durch einen Faktor von ungefähr 10 seitdem abgenommen hat.

Ein anderes wichtiges Ergebnis vom HDF war die sehr kleine Zahl von der Vordergrundsterngegenwart. Seit Jahren waren Astronomen über die Natur der dunklen Sache verwirrt gewesen, Masse, die scheint, unfeststellbar zu sein, aber die Beobachtungen einbezogen haben, hat ungefähr 90 % der Masse des Weltalls zusammengesetzt. Eine Theorie bestand darin, dass dunkle Sache aus Massiven Astrophysical Kompaktring-Gegenständen (MACHOS) bestehen könnte — ragen schwache, aber massive Gegenstände solcher als rot über und Planeten in den Außengebieten von Milchstraßen. Der HDF hat jedoch gezeigt, dass es nicht gab, ragen bedeutende Anzahlen des Rots in den Außenteilen unserer Milchstraße über.

Mehrfrequenzfortsetzung

Sehr hohe Rotverschiebungsgegenstände (Lyman-Brechungsmilchstraßen) können im sichtbaren Licht nicht gesehen werden und werden allgemein in infrarot oder Submillimeter-Wellenlänge-Überblicken über den HDF stattdessen entdeckt. Beobachtungen mit Infrared Space Observatory (ISO) haben Infrarotemission von 13 Milchstraßen angezeigt, die in den optischen Images sichtbar sind, die großen Mengen von mit der intensiven Sternbildung vereinigtem Staub zugeschrieben sind. Infrarotbeobachtungen sind auch mit dem Raumfernrohr von Spitzer gemacht worden. Submillimeter-Beobachtungen des Feldes sind mit dem TAUCHGERÄT auf dem Fernrohr von James Clerk Maxwell gemacht worden, am Anfang 5 Quellen, obwohl mit der sehr niedrigen Entschlossenheit entdeckend. Beobachtungen sind auch mit dem Fernrohr von Subaru in den Hawaiiinseln gemacht worden.

Röntgenstrahl-Beobachtungen durch die Chandra Röntgenstrahl-Sternwarte haben sechs Quellen in den HDF offenbart, die, wie man fand, drei elliptischen Milchstraßen entsprochen haben: Eine spiralförmige Milchstraße, ein aktiver galaktischer Kern und ein äußerst roter Gegenstand, vorgehabt, eine entfernte Milchstraße zu sein, die einen großen Betrag von Staub enthält, der seine blauen Lichtemissionen absorbiert.

Boden-basierte genommene Radioimages mit dem VLA haben sieben Radioquellen in den HDF offenbart, von denen alle in den optischen Images sichtbaren Milchstraßen entsprechen. Das Feld ist auch mit dem Westerbork Synthese-Radiofernrohr und der MERLIN Reihe von Radiofernrohren an 1.4 GHz überblickt worden; die Kombination von VLA und MERLIN-Karten, die an Wellenlängen 3.5 und 20 Cm gemacht sind, hat 16 Radioquellen im HDF-N Feld, mit noch vielen in den angrenzenden Feldern ausfindig gemacht. Radioimages von einigen individuellen Quellen im Feld sind mit dem europäischen VLBI Netz an 1.6 GHz mit einer höheren Entschlossenheit gemacht worden als die Karten von Hubble.

Nachfolgende HST Beobachtungen

Eine HDF Kopie in der südlichen himmlischen Halbkugel wurde 1998 geschaffen: der HDF-Süden. Das geschaffene Verwenden einer ähnlichen Beobachten-Strategie, der HDF-S hat sehr mit dem ursprünglichen HDF ein ähnliches Aussehen gehabt. Das unterstützt den kosmologischen Grundsatz, dass an seiner größten Skala das Weltall homogen ist. Der HDF-S-Überblick hat Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) und das Nahe Infrarotkamera- und Mehrgegenstand-Spektrometer (NICMOS) Instrumente verwendet, die auf dem HST 1997 installiert sind; der Hubble Tiefes Feld ist mehrere Male mit WFPC2, sowie durch den NICMOS und die STIS Instrumente seitdem wiederbeobachtet worden. Mehrere Supernova-Ereignisse wurden durch das Vergleichen der ersten und zweiten Zeitalter-Beobachtungen des HDF-N entdeckt.

Ein breiterer Überblick, aber weniger empfindlich, wurde als ein Teil der Großen Sternwarte-Ursprünge Tiefer Überblick ausgeführt; wie man dann beobachtete, hat eine Abteilung davon für den längeren den Hubble Ultratiefes Feld geschaffen, das das empfindlichste optische tiefe Feldimage bis heute ist.

Siehe auch

• Erweiterter Groth-Streifen ein Anderer Hubble überblickt tief
• Liste von tiefen Feldern

Zeichen und Verweisungen

Bibliografie

• ; auch veröffentlicht in der Natur 394: 860.

Links

• Wichtiger Hubble Tiefe Feldwebsite.

• Die ursprüngliche Presseinformation der NASA.

• Opus-Cartoon.