Sepuluh penemuan paling penting di Hubble

Sepuluh penemuan paling penting di Hubble

Mario Livio
"Dalam dunia sains" №10, 2006

Pembaikan pertama "Hubble" pada bulan Disember 1993. Astronaut Story Musgrave (Kisah Musgrave, pada manipulator), Jeffrey Hoffman (Jeffrey Hoffman, dalam memegang kargo) dan ahli pasukan ulang-alik lain menghapuskan kekurangan cermin utama (foto © NASA dari hubblesite.org)

Beberapa teleskop boleh membanggakan seperti sumbangan penting kepada penyelidikan astronomi, seperti Teleskop Angkasa Hubble.

Terima kasih kepada teleskop angkasa, kami memperluaskan konsep kami, mengkaji semula teori permulaan, dan membina fenomena astronomi yang baru dan lebih terperinci.

Pada bulan April 2006, ia adalah 16 tahun sejak Hubble berada di angkasa, tetapi setakat ini NASA berjuang untuk penyambungan semula penerbangan, teleskop terus menjadi jurang. Sekiranya angkasawan tidak dapat membaikinya, maka pada pertengahan tahun 2008 ia akan terlepas dari perintah.

Dengan bantuan Hubble, 10 penemuan utama dalam astronomi telah dibuat. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, bersama-sama dengan pemerhatian lain, Hubble menemui dua satelit baru Pluto, tanpa diduga (dan paradoks) – sebuah galaksi yang luas di Semesta yang sangat muda, serta satelit dengan massa planet di kerdil coklat seberat tidak lebih daripada planet itu sendiri.Kami berjaya memperjelaskan ciri-ciri alam semesta, yang sebelum ini hanya wujud dalam imaginasi kami.

1. Perlanggaran dengan komet

Lapan tapak pertembungan (bintik gelap, beberapa ditumpaskan di antara satu sama lain dan hampir tidak boleh dibezakan) yang merosakkan hemisfera selatan Musytari, dapat dilihat pada imej yang diambil pada 22 Julai 1994. Di bahagian bawah gambar: tumbuhan yang serupa dengan cendawan cendawan di atas anggota badan planet 6 minit selepas perlanggaran pada 16 Julai (foto © Pasukan Comet Teleskop Angkasa Teleskop dan NASA dari hubblesite.org)

Pada skala kosmik, perlanggaran komet Shoemakers-Levy 9 dengan Musytari adalah satu peristiwa biasa: permukaan planet dan satelit mereka dihiasi dengan kawah menunjukkan bahawa sistem solar adalah jarak menembak sebenar. Tetapi pada skala kehidupan manusia, peristiwa seperti itu dapat ditemui hanya sekali: secara purata, komet jatuh ke dalam planet sekali dalam seribu tahun.

Satu tahun sebelum kematian komet Shoemakers-Levy 9, imej yang diperoleh oleh Hubble menunjukkan bahawa ia berpecah menjadi dua dozen serpihan yang terbentang ke dalam rantai. Yang pertama mereka jatuh ke dalam suasana Musytari pada 16 Julai 1994, dan selebihnya jatuh selepas itu dalam seminggu. Imej menunjukkan pelepasan seperti letupan nuklear, naik di atas cakrawala Musytari,dan kemudian menyelesaikan dan menyerap 10 minit selepas perlanggaran. Tetapi akibat letupan itu diperhatikan selama beberapa bulan.

Jejak pelanggaran membantu untuk menjelaskan komposisi gas gergasi. Dari setiap daripada mereka, gelombang bertaburan pada kelajuan 450 m / s. Ternyata, ini adalah gelombang "berat", keanjalan yang dicipta oleh kekuatan keapungan. Sifat penyebaran gelombang menunjukkan bahawa nisbah oksigen ke hidrogen dalam atmosfera Musytari dapat 10 kali lebih besar daripada pada matahari. Walau bagaimanapun, jika Musytari dibentuk akibat ketidakstabilan graviti dari cakera gas-habuk utama, maka komposisinya harus sama seperti cakera, iaitu, ia sepadan dengan komposisi kimia Matahari. Percanggahan ini masih tidak dapat diselesaikan.

2. Planet Extrasolar

Pada tahun 2001, Persatuan Astronomi Amerika meminta pakar untuk memilih yang paling penting, pada pandangan mereka, penemuan dekad yang lalu. Menurut majoriti, ia adalah penemuan planet di luar sistem suria. Hari ini, terdapat kira-kira 180 objek sedemikian. Sebahagian besar daripada mereka ditemui dengan bantuan teleskop berasaskan daratan akibat ayunan kecil bintang yang disebabkan oleh pengaruh graviti planet yang mengorbitnya.Setakat ini, pemerhatian sedemikian memberikan maklumat yang minimum: hanya saiz dan eliptik orbit planet, serta batas bawah jisimnya.

Para penyelidik memberi tumpuan kepada planet-planet yang pesawat orbitnya berorientasi di sepanjang penglihatan kami. Pemerhatian oleh Hubble yang pertama daripada saluran satelit yang dikesan dari bintang HD 209458 memberikan maklumat yang paling lengkap tentang planet di luar sistem suria. Ia adalah 30% lebih ringan daripada Musytari, tetapi pada masa yang sama diameternya lebih besar, mungkin kerana radiasi bintang berdekatan menjadikannya membengkak. Data Hubble cukup tepat untuk mendedahkan cincin lebar dan satelit besar-besaran, tetapi mereka tidak berada di sana. "Hubble" buat kali pertama menentukan komposisi kimia planet itu berhampiran bintang lain. Suasananya mengandungi natrium, karbon dan oksigen, dan hidrogen menguap ke angkasa, menghasilkan ekor seperti komet. Pemerhatian ini adalah pendahulu mencari tanda-tanda kimia kehidupan di sudut jauh dari Galaxy.

3. Pengorbanan bintang-bintang

Apabila gelombang kejutan dari Supernova 1987A mencapai cincin gas sebelum ini, tempat-tempat panas bercahaya. Imej Hubble (gambar oleh Dr. Christopher Burrows, ESA / STScI dan NASA dari hubblesite.org)

Menurut teori itu, bintang dengan jisim 8 hingga 25 kali jisim Matahari melengkapkan hidupnya dengan letupan supernova. Setelah kehabisan rizab bahan api, ia tiba-tiba kehilangan keupayaannya untuk memegang berat sendiri. Terasnya runtuh, berubah menjadi bintang neutron – objek besar, superdense, dan lapisan luar gas dikeluarkan ke angkasa dengan kecepatan 5% dari kelajuan cahaya. Tetapi tidak mudah untuk mengesahkan teori ini, sejak supernova tidak meletup di Galaxy kita sejak 1680. Walau bagaimanapun, pada 23 Februari 1987, ahli astronomi bernasib baik: letupan supernova berlaku di galaksi tetangga, satelit Bima Sakti, Awan Magellan Besar. Pada ketika ini, Hubble belum dilancarkan, tetapi selepas 3 tahun, dia mula mengesan proses itu dan segera membuka tiga cincin mengelilingi bintang yang meletup. Pusat ini dapat dilihat di tempat pelompat sempit berhampiran awan gas yang mempunyai bentuk jam pasir, dan cincin besar adalah tepi dua rongga berbentuk cawan, yang rupanya dibentuk oleh bintang beberapa puluhan ribu tahun sebelum letupan. Pada tahun 1994, Hubble mula melihat bintik-bintik terang yang muncul satu persatu di cincin tengah: ia terkena supernova. Pemerhatian terhadap penderitaan bintang terus berlanjutan.

Mata Nebula Cat adalah salah satu yang paling kompleks di kalangan nebulae planet yang diketahui, yang terbentuk oleh bintang mati seperti Matahari. Foto © NASA, ESA, HEIC, dan Pasukan Warisan Hubble (STScI / AURA) dari hubblesite.org

Tidak seperti saudara mereka yang lebih besar, bintang-bintang seperti Matahari mati lebih elegan, menjatuhkan lapisan gas luar mereka secara beransur-ansur tanpa letupan. Ia berlangsung sekitar 10 ribu tahun. Apabila teras sentral panas dari sebuah bintang terdedah, ia mengionkan gas yang meletus dengan sinarannya, menyebabkan ia bercahaya hijau (oksigen terion) dan merah (hidrogen terion). Hasilnya adalah nebula planet. Hari ini, mereka tahu kira-kira 2000. "Hubble" menunjukkan bentuk yang luar biasa kompleks mereka dalam butir-butir terbaik. Dalam beberapa nebula, beberapa bulatan sepusat yang menyerupai mata lembu diperhatikan, menunjukkan episodik, bukannya berterusan, pelepasan gas. Selain itu, masa yang dianggarkan antara dua pelepasan adalah kira-kira 500 tahun, yang terlalu lama untuk denyutan dinamik (di mana bintang mengecut dan mengembang akibat pembangkang graviti dan tekanan gas) dan terlalu pantas untuk denyutan haba (di mana bintang keluar dari keseimbangan).Sifat sebenar cincin yang diperhatikan tetap tidak jelas.

4. Kelahiran kosmik

Dusty cakera yang kelihatan seperti amoebas hodoh mengelilingi bintang-bintang yang membentuk di Orion Nebula. Kawasan setiap imej ialah 2040 AU.2 Gambar oleh NASA, J.Bally (University of Colorado, Boulder, CO), H.Throop (Southwest Research Institute, Boulder, CO), C.R.O'Dell (Vanderbilt University, Nashville, TN) dari hubblesite.org

Ia telah ditubuhkan bahawa jet sempit dan cepat gas menunjukkan kelahiran bintang. Dibentuk, ia boleh memuntahkan dua batang nipis beberapa tahun cahaya. Menurut satu hipotesis, medan magnet berskala besar menembusi cakera debu gas di sekeliling bintang muda. Perkara terkion, terpaksa mengalir di sepanjang garis magnet, menyerupai manik pada benang berputar. Pemerhatian Hubble mengesahkan ramalan teoritis bahawa jet dilahirkan di tengah cakera.

Pada masa yang sama, data yang diperoleh oleh Hubble menafikan anggapan lain mengenai cakera keadaan. Adalah dipercayai bahawa mereka duduk mendalam dalam awan ibu bapa yang mustahil untuk melihatnya. Hubble, sebaliknya, mendapati dari sedozen cakera protoplanet – proplida, sering dilihat sebagai siluet terhadap nebula. Sekurang-kurangnya separuh daripada bintang muda yang dikaji mempunyai cakera sedemikian, menunjukkan bahawa bahan mentah untuk pembentukan planet-planet di galaksi cukup.

5. Arkeologi Galactic

Bintang muda yang aneh di pinggir Andromeda Nebula boleh menjadi "serpihan" perlanggaran galaksi. Foto © NASA, ESA dan T.M.Brown (STScI) dari hubblesite.org

Para astronom percaya bahawa galaksi besar, seperti Bima Sakti dan jiran kita, nebula Andromeda, telah berkembang, menyerap galaksi yang lebih kecil. Tanda-tanda "kanibalisme galaksi" perlu dilihat dari segi lokasi, umur, komposisi dan kelajuan bintang di dalamnya. Terima kasih kepada pemerhatian Hubble tentang halo bintang (bintang awan bintang dan kluster bintang di sekeliling cakera galaksi utama) Andromeda nebula, para penyelidik mendapati bahawa halo termasuk bintang-bintang yang berbeza pada usia: yang paling tua berusia 11-13 bilion tahun, untuk yang termuda – 6-8 bilion tahun. Yang terakhir ini tidak sengaja tersandung di sini dari beberapa galaksi muda (contohnya, dari galaksi satelit yang diserap) atau dari rantau sebelumnya Andromeda itu sendiri (contohnya, dari cakera, jika sebahagiannya runtuh semasa laluan dekat galaksi kecil ). Dalam halo galaksi kita tidak terdapat bilangan bintang yang agak muda. Oleh itu, dengan kesamaan bentuk Nebula Andromeda dan Bima Sakti, seperti yang ditunjukkan oleh pemerhatian Hubble, kisah-kisah kedua-dua galaksi ini berbeza dengan ketara antara satu sama lain.

6. Lubang hitam supermassive

Jet plasma, yang ditewaskan dari galaksi M 87, nampaknya dihasilkan oleh lubang hitam yang bertimbuk dengan jisim 3 bilion massa solar. Foto © NASA dan Pasukan Warisan Hubble (STScI / AURA) dari hubblesite.org

Sejak tahun 1960-an, ahli astronomi telah memperoleh bukti bahawa sumber tenaga quasars dan nuclei galaksi aktif yang lain adalah lubang hitam gergasi yang menangkap bahan di sekelilingnya. Pengamatan Hubble mengesahkan teori ini. Hampir setiap galaksi yang diperhatikan dengan teliti mendapati petunjuk lubang hitam yang tersembunyi di tengahnya. Dua perkara ternyata sangat penting. Pertama, imej quasar yang diperolehi dengan resolusi sudut yang tinggi menunjukkan bahawa ia terletak di galaksi elips atau berinteraksi yang terang. Ini menunjukkan bahawa syarat khas diperlukan untuk memacu lubang hitam pusat. Kedua, jisim lubang hitam gergasi adalah berkaitan dengan jisim bulus bintang bola (penebalan) di sekeliling pusat galaksi. Hubungan ini menunjukkan bahawa pembentukan dan evolusi galaksi dan lubang hitamnya berkait rapat.

7. Letupan paling kuat

Pukulan gamma adalah kilat radiasi gamma yang pendek dari beberapa milisaat hingga puluhan minit. Mereka dibahagikan kepada dua jenis bergantung kepada tempoh mereka.Batas dianggap kira-kira 2 saat; dalam kilat lebih lama kurang foton bertenaga dihasilkan daripada yang lebih pendek. Pemerhatian dilakukan oleh pemerhatian gamma Compton, satelit sinar-X BeppoSAX dan pemerhatian berasaskan tanah, telah mencadangkan bahawa kilauan panjang berlaku semasa keruntuhan nukleus bintang-bintang yang berumur pendek, dengan kata lain, bintang jenis supernova. Tetapi kenapa hanya sebahagian kecil supernovae menghasilkan pecahan sinar gamma?

Galaksi di mana sinar gamma pecah 971214 diperhatikan kelihatan seperti speck kecil (ditunjukkan oleh anak panah). Foto © S.R.Kulkarni dan S.G.Djorgovski (Caltech), Caltech GRB Team, dan NASA dari hubblesite.org

Hubble mendapati bahawa walaupun dalam semua bidang pembentukan bintang, supernovae menyala di galaksi, pecahan sinar gamma yang panjang tertumpu di kawasan paling terang, di mana bintang yang paling besar tertumpu. Selain itu, pecahan sinar gamma yang berpanjangan sering kali berlaku dalam unsur-unsur galaksi kecil, tidak teratur dan berat. Dan ini adalah penting kerana kekurangan unsur-unsur berat di bintang-bintang yang besar membuat angin bintang mereka kurang berkuasa daripada bintang yang kaya dengan unsur-unsur berat.Oleh itu, sepanjang hayat, golongan miskin dengan unsur-unsur berat bintang mengekalkan sebahagian besar jisim mereka, dan apabila tiba masanya untuk meletup, mereka menjadi lebih besar. Keruntuhan nukleus mereka membawa kepada pembentukan lubang hitam, bukan bintang neutron. Ahli astronomi percaya bahawa pecah sinar gamma panjang disebabkan oleh jet tipis yang dikeluarkan oleh lubang hitam yang berputar dengan cepat. Faktor-faktor penentu untuk kejatuhan teras bintang untuk menyebabkan pecah gamma-ray yang kuat adalah massa dan kelajuan putaran bintang pada saat kematiannya.

Mengenal pasti pecah sinar gamma pendek telah terbukti lebih sukar. Hanya dalam beberapa tahun kebelakangan ini, terdapat beberapa kejadian seperti ini disebabkan oleh satelit HETE 2 dan Swift. Observatorium Hubble dan Chandra X-ray mendapati bahawa tenaga suar tersebut lebih lemah daripada tahan lama, dan ia muncul dalam jenis galaksi yang sama sekali berbeza, termasuk galaksi elips, di mana bintang-bintang hampir tidak terbentuk sekarang. Nampaknya kilat pendek tidak dikaitkan dengan bintang-bintang yang besar, pendek, tetapi dengan sisa-sisa evolusi mereka. Menurut hipotesis yang paling popular, letupan sinar gamma pendek berlaku apabila dua bintang neutron bergabung.

8. Edge of the Universe

Galaxies yang jauh, satu bilion kali lebih lemah daripada mata yang dapat dilihat, tersebar di dalam imej Hubble yang sangat mendalam. Foto © NASA, ESA, S.Beckwith (STScI) dan Pasukan HUDF dari hubblesite.org

Salah satu tugas asas astronomi adalah untuk menyiasat perkembangan galaksi dan nenek moyang mereka dalam selang waktu sedekat mungkin pada masa Big Bang. Untuk memahami apa yang kelihatan seperti Bima Sakti kita, penyelidik memutuskan untuk mendapatkan imej-imej galaksi dari pelbagai peringkat umur – dari yang termuda hingga yang paling tua. Untuk tujuan ini, untuk menangkap galaksi yang paling jauh (dan oleh itu yang paling purba), Hubble, bersama-sama dengan pemerhatian lain, menerima imej beberapa kawasan langit kecil dengan pendedahan yang panjang: imej Hubble yang dalam, imej Hubble yang dalam mendalam dan gambaran mendalam mengenai pemerhatian besar "Asal."

Gambar-gambar supersensitif menunjukkan galaksi di alam semesta ketika dia hanya beberapa ratus juta tahun, yang hanya 5% dari usia sekarang. Kemudian galaksi-galaksi ini lebih kecil dan kurang kerap berbanding sekarang, seperti yang diharapkan jika galaksi moden dibentuk dengan menggabungkan galaksi kecil (dan bukan dengan membusuk yang lebih besar).Teleskop angkasa James Webb, kini sedang dicipta, pewaris kepada Hubble, akan dapat menembusi usia yang jauh lebih jauh.

Imej mendalam juga memungkinkan untuk mengesan bagaimana keamatan pembentukan bintang di Universe berubah dari zaman ke zaman. Nampaknya ia mencapai kemuncaknya sekitar 7 bilion tahun yang lalu, dan kemudian secara beransur-ansur melemah sekitar sepuluh kali. Dalam belia Universe (iaitu, pada usia 1 bilion tahun), kadar pembentukan bintang sudah tinggi dan berjumlah 1/3 dari nilai maksimumnya.

9. Usia Alam Semesta

Pemerhatian Edwin Hubble dan rakan-rakannya pada tahun 1920-an menunjukkan bahawa kita hidup dalam alam semesta yang berkembang. Galaksi melarikan diri dari satu sama lain seolah-olah ruang Universe sama rata. Pemalar Hubble (H0), yang menunjukkan kadar pengembangan semasa, membolehkan kita menentukan usia alam semesta. Penjelasannya adalah mudah: pemalar Hubble adalah kelajuan penyebaran galaksi, oleh itu, jika kita mengabaikan percepatan dan penurunan, magnitud adalah terbalik kepada H0, memberi masa apabila semua galaksi berada berhampiran. Di samping itu, nilai pemalar Hubble memainkan peranan penting bagi pertumbuhan galaksi, pembentukan unsur-unsur cahaya dan penubuhan tempoh fasa evolusi kosmik.Tidak menghairankan, pengukuran yang betul dari konstan Hubble adalah sejak awal matlamat utama teleskop dengan nama yang sama.

Dalam amalan, untuk menentukan nilai ini, diperlukan untuk mengukur jarak ke galaksi yang terdekat, dan ini adalah tugas yang jauh lebih sukar daripada yang difikirkan pada abad ke-20. Hubble meneroka Cepheid secara terperinci – bintang-bintang yang mempunyai denyutan sifat, masa yang menunjukkan kecemerlangan sebenar mereka, dan dengan itu jarak kepada mereka, dalam 31 galaksi. Ketepatan nilai yang diperoleh daripada pemalar Hubble adalah kira-kira 10%. Dalam kombinasi dengan hasil pengukuran radiasi CMB, ini menentukan usia Universe – 13.7 bilion tahun.

10. Mempercepat Alam Semesta

Pada tahun 1998, dua kumpulan penyelidik bebas datang ke kesimpulan menarik: pengembangan alam semesta semakin mempercepatkan. Biasanya, ahli astronomi percaya bahawa alam semesta terhalang, kerana tarikan galaksi antara satu sama lain harus melambatkan penyebaran mereka. Misteri fizik moden yang paling rumit adalah persoalan yang menyebabkan pecutan. Menurut hipotesis kerja, terdapat komponen yang tidak kelihatan di Alam Semesta, yang dipanggil "tenaga gelap". Gabungan pemerhatian Hubble, teleskop berasaskan darat dan pengukuran radiasi CMB menunjukkan bahawa tenaga gelap ini mengandungi 3/4 dari kepadatan tenaga keseluruhan Alam Semesta.

Perbandingan imej masa yang berlainan tidak hanya membawa kepada penemuan supernova yang jauh, tetapi juga untuk mengenal pasti perkembangan pantas dari Alam Semesta. Foto © NASA dan J.Blakeslee (JHU) dari hubblesite.org

Pengembangan yang dipercepat bermula kira-kira 5 bilion tahun yang lalu, dan sehingga saat itu ia terhalang. Pada tahun 2004, Hubble menemui 16 supernova jauh, yang kemudiannya berlaku. Pemerhatian ini mengenakan batasan besar pada teori tentang apa tenaga gelap. Kemungkinan yang paling mudah (dan paling misterius) ialah tenaga yang dimiliki oleh ruang itu sendiri, walaupun ia benar-benar kosong. Hari ini, memerhatikan supernova jauh masih merupakan kaedah terbaik untuk mengkaji tenaga gelap. Peranan Hubble dalam meneroka tenaga gelap sangat besar, jadi para astronom akan berterima kasih NASAjika teleskop disimpan.

Penemuan Hubble di Amerika akademik:
1. Comet Shoemaker-Levy 9 Meets Musytari. David H. Levy, Eugene M. Shoemaker dan Carolyn S. Shoemaker. Ogos 1995.
2. Mencari Bayang-bayang Bumi Lain. Laurance R. Doyle, Hans-Jörg Deeg dan Timothy M. Brown. September 2000.
3. Kematian Luar Biasa Bintang Biasa. Bruce Balick dan Adam Frank. Julai 2004 (Kematian biasa bintang biasa // VMN, № 9, 2004).
4. Fountains of Youth: Early Days in the Life of a Star. Thomas P. Ray. Ogos 2000.
6. Pasangan Ganjil Galactic. Kimberly Weaver. Julai 2003 (Pasangan galaksi aneh // VMN, № 10, 2003).
7. Letupan Terang di Alam Semesta. Neil Gehrels, Luigi Piro dan Peter J. T. Leonard. Disember 2002 (Ledakan terang di Universe / / VMN, № 4, 2003).
8. Galaksi di Alam Semesta Muda. F. Duccio Macchetto dan Mark Dickinson. Mei 1997.
9. Kadar Pengembangan dan Saiz Alam Semesta. Wendy L. Freedman. November 1992.
10. Dari Perlahan ke Speedup. Adam G. Riess dan Michael S. Turner. Februari 2004 (Daripada penurunan kepada pecutan // VMN, № 5, 2004).


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: