Hubble Ultra-Deep Field - Hubble Ultra-Deep Field

Coordenadas : 3 ^h 32 ^m 39,0 ^s , −27 ° 47 ′ 29,1 ″

O lançamento original da NASA, contendo galáxias de várias idades, tamanhos, formas e cores. As menores galáxias mais vermelhas, das quais existem aproximadamente 10.000, são algumas das galáxias mais distantes que foram fotografadas por um telescópio óptico, provavelmente existindo logo após o Big Bang .

Pesquisa de legado do Hubble Deep UV (HDUV); 15 mil galáxias, lançado em 16 de agosto de 2018

ABYSS WFC3 / IR Hubble Ultra Deep Field; lançado em 24 de janeiro de 2019

O Hubble Ultra-Deep Field ( HUDF ) é uma imagem de uma pequena região do espaço na constelação de Fornax , contendo cerca de 10.000 galáxias . A versão original foi combinada a partir de dados do Telescópio Espacial Hubble acumulados ao longo de um período de 24 de setembro de 2003 a 16 de janeiro de 2004. Olhando para trás, aproximadamente 13 bilhões de anos (entre 400 e 800 milhões de anos após o Big Bang ), ele foi usado para procurar galáxias que existiam naquela época. A imagem HUDF foi tirada em uma seção do céu com uma baixa densidade de estrelas brilhantes no campo próximo, permitindo uma visualização muito melhor de objetos mais distantes e escuros. Em agosto e setembro de 2009, o campo HUDF foi observado em comprimentos de onda mais longos (1,0 a 1,6 µm) usando o canal infravermelho do instrumento Wide Field Camera 3 (WFC3) recentemente conectado . Quando combinados com os dados HUDF existentes, os astrônomos foram capazes de identificar uma nova lista de galáxias potencialmente muito distantes.

Localizada a sudoeste de Orion, na constelação de Fornax no hemisfério sul , a imagem retangular tem 2,4 arcos - minuto até uma borda, ou 3,4 arcos-minuto diagonalmente. Isso é aproximadamente um décimo do diâmetro angular de uma lua cheia vista da Terra (que é menos de 34 minutos de arco), menor que 1 mm ² de papel mantido a 1 m de distância e igual a aproximadamente um 26 milionésimo do área total do céu. A imagem é orientada de forma que o canto superior esquerdo aponte para o norte (−46,4 °) na esfera celeste .

Em 25 de setembro de 2012, a NASA lançou uma versão mais refinada do Ultra-Deep Field apelidada de eXtreme Deep Field ( XDF ). O XDF revela galáxias que medem 13,2 bilhões de anos atrás, revelando uma galáxia teorizada para ser formada apenas 450 milhões de anos após o evento do big bang. Em 3 de junho de 2014, a NASA divulgou a imagem do Hubble Ultra-Deep Field composta, pela primeira vez, de toda a gama de luz ultravioleta a infravermelha próxima .

Em 23 de janeiro de 2019, o Instituto de Astrofísica de Canarias divulgou uma versão ainda mais aprofundada das imagens infravermelhas do Hubble Ultra Deep Field obtidas com o instrumento WFC3, denominado ABYSS Hubble Ultra Deep Field . As novas imagens melhoram a redução anterior das imagens WFC3 / IR, incluindo a subtração cuidadosa do fundo do céu em torno das maiores galáxias no campo de visão. Após esta atualização, descobriu-se que algumas galáxias tinham quase o dobro do tamanho medido anteriormente.

Planejamento

Nos anos desde o Hubble Deep Field original , o Hubble Deep Field South e a amostra GOODS foram analisados, fornecendo estatísticas aumentadas nos altos redshifts sondados pelo HDF. Quando o detector Advanced Camera for Surveys (ACS) foi instalado no HST, percebeu-se que um campo ultra-profundo poderia observar a formação de galáxias em redshifts ainda maiores do que os observados atualmente, além de fornecer mais informações sobre a formação de galáxias em redshifts intermediários (z ~ 2). Um workshop sobre a melhor forma de realizar pesquisas com o ACS foi realizado no STScI no final de 2002. No workshop Massimo Stiavelli defendeu um Campo Ultra Profundo como forma de estudar os objetos responsáveis pela reionização do Universo. Após o workshop, o Diretor do STScI Steven Beckwith decidiu dedicar 400 órbitas do tempo discricionário do Diretor ao UDF e nomeou Stiavelli como o líder da Equipe da Casa que implementa as observações.

Ao contrário dos Campos Profundos, o HUDF não se encontra na Zona de Visão Contínua (CVZ) do Hubble. As observações anteriores, usando a câmera Wide Field e Planetary Camera 2 (WFPC2) , foram capazes de tirar proveito do aumento do tempo de observação nessas zonas usando comprimentos de onda com maior ruído para observar nos momentos em que o brilho da terra contaminou as observações; entretanto, o ACS não observa nesses comprimentos de onda, então a vantagem foi reduzida.

Como com os campos anteriores, este deveria conter muito pouca emissão de nossa galáxia, com pouca poeira zodiacal . O campo também deveria estar em uma faixa de declinações de forma que pudesse ser observado tanto por instrumentos do hemisfério sul, como o Atacama Large Millimeter Array , quanto pelos do hemisfério norte, como os localizados no Havaí . Foi decidido observar uma seção do Chandra Deep Field South , devido à existência de observações profundas de raios-X do Chandra X-ray Observatory e dois objetos interessantes já observados na amostra GOODS no mesmo local: um redshift 5,8 galáxia e um Super Nova. As coordenadas do campo são ascensão reta 3 ^h 32 ^m 39,0 ^s , declinação −27 ° 47 ′ 29,1 ″ ( J2000 ). O campo tem 200 segundos de arco para um lado, com uma área total de 11 minutos de arco quadrados, e fica na constelação de Fornax .

Observações

Localização do Hubble Ultra-Deep Field no céu

Quatro filtros foram usados no ACS, centrados em 435, 606, 775 e 850 nm, com tempos de exposição ajustados para dar igual sensibilidade em todos os filtros. Essas faixas de comprimento de onda correspondem às usadas pela amostra GOODS, permitindo a comparação direta entre as duas. Tal como acontece com os Campos Profundos, o HUDF usou o Tempo Discricionário dos Diretores. A fim de obter a melhor resolução possível, as observações foram pontilhadas apontando o telescópio para posições ligeiramente diferentes para cada exposição - um processo testado com o Hubble Deep Field - de modo que a imagem final tenha uma resolução mais alta do que os pixels sozinhos teriam normalmente permitem.

As observações foram feitas em duas sessões, de 23 de setembro a 28 de outubro de 2003, e de 4 de dezembro de 2003 a 15 de janeiro de 2004. O tempo total de exposição é pouco menos de 1 milhão de segundos, a partir de 400 órbitas, com um tempo de exposição típico de 1200 segundos. No total, 800 exposições ACS foram tomadas ao longo de 11,3 dias, 2 em cada órbita, e NICMOS observado por 4,5 dias. Todas as exposições ACS individuais foram processadas e combinadas por Anton Koekemoer em um único conjunto de imagens cientificamente úteis, cada uma com um tempo total de exposição variando de 134.900 segundos a 347.100 segundos. Para observar todo o céu com a mesma sensibilidade, o HST precisaria observar continuamente por um milhão de anos.

Observações feitas do HUDF com a ACS.
Câmera	Filtro	Comprimento de onda	Tempo total de exposição	Exposições
ACS	F435W	435 nm	134.880 s (56 órbitas)	112
ACS	F606W	606 nm	135.320 s (56 órbitas)	112
ACS	F775W	775 nm	347.110 s (144 órbitas)	288
ACS	F850LP	850 nm	346.620 s (144 órbitas)	288

A sensibilidade do ACS limita sua capacidade de detectar galáxias em redshift alto a cerca de 6. Os campos NICMOS profundos obtidos em paralelo às imagens ACS poderiam, em princípio, ser usados para detectar galáxias em redshift 7 ou superior, mas não tinham imagens de banda visível de profundidade semelhante. Eles são necessários para identificar objetos com alto redshift, pois eles não devem ser vistos nas faixas visíveis. A fim de obter exposições visíveis profundas no topo dos campos paralelos do NICMOS, um programa de acompanhamento, HUDF05, foi aprovado e recebeu 204 órbitas para observar os dois campos paralelos (GO-10632). A orientação do HST foi escolhida de forma que outras imagens paralelas do NICMOS caíssem no topo do campo UDF principal.

Após a instalação do WFC3 no Hubble em 2009, o programa HUDF09 (GO-11563) dedicou 192 órbitas a observações de três campos, incluindo HUDF, usando os novos filtros infravermelhos F105W, F125W e F160W (que correspondem ao Y, Bandas J e H ):

Observações feitas do HUDF com WFC3
Câmera	Filtro	Comprimento de onda	Tempo de exposição
WFC3	F105W	1050 nm ± 150	16 órbitas, 14 utilizáveis
WFC3	F125W	1250 nm ± 150	16 órbitas
WFC3	F160W	1600 nm ± 150	28 órbitas

Conteúdo

Galáxia espiral UDF 423 (luz visível)

Oculto à luz visível, outro objeto acima da galáxia

O HUDF é a imagem mais profunda do universo já obtida e tem sido usado para pesquisar galáxias que existiram entre 400 e 800 milhões de anos após o Big Bang ( redshifts entre 7 e 12). Várias galáxias no HUDF são candidatas, com base em redshifts fotométricos , a estar entre os objetos astronômicos mais distantes . A anã vermelha UDF 2457 a uma distância de 59.000 anos-luz é a estrela mais distante determinada pelo HUDF. A estrela próxima ao centro do campo é USNO-A2.0 0600-01400432 com magnitude aparente de 18,95.

O campo fotografado pelo ACS contém mais de 10.000 objetos, a maioria dos quais são galáxias, muitos em redshifts maiores que 3, e alguns que provavelmente têm redshifts entre 6 e 7. As medições NICMOS podem ter descoberto galáxias em redshifts de até 12.

Resultados científicos

O HUDF revelou altas taxas de formação de estrelas durante os estágios iniciais da formação de galáxias , um bilhão de anos após o Big Bang . Também permitiu uma melhor caracterização da distribuição das galáxias, seus números, tamanhos e luminosidades em diferentes épocas, auxiliando na investigação da evolução das galáxias. As galáxias em altos redshifts foram confirmadas como menores e menos simétricas do que aquelas em redshifts mais baixos, iluminando a rápida evolução das galáxias nos primeiros dois bilhões de anos após o Big Bang .

Hubble eXtreme Deep Field

Hubble eXtreme Deep Field (HXDF) tirado em 2012

O Hubble eXtreme Deep Field (HXDF), lançado em 25 de setembro de 2012, é uma imagem de uma parte do espaço no centro da imagem do Hubble Ultra Deep Field. Representando um total de dois milhões de segundos (aproximadamente 23 dias) de tempo de exposição coletado ao longo de 10 anos, a imagem cobre uma área de 2,3 minutos de arco por 2 minutos de arco, ou aproximadamente 80% da área do HUDF. Isso representa aproximadamente um trinta e dois milionésimo do céu.

O HXDF contém aproximadamente 5.500 galáxias, as mais antigas das quais são vistas como eram há 13,2 bilhões de anos. As galáxias mais fracas têm um décimo bilionésimo do brilho do que o olho humano pode ver. As galáxias vermelhas na imagem são os restos de galáxias após grandes colisões durante sua velhice. Muitas das galáxias menores na imagem são galáxias muito jovens que eventualmente se desenvolveram em galáxias principais, semelhantes à Via Láctea e outras galáxias em nossa vizinhança galáctica.

Tamanho XDF em comparação com o tamanho da Lua
A imagem HXDF mostra galáxias maduras no plano do primeiro plano, galáxias quase maduras de 5 a 9 bilhões de anos atrás e protogaláxias além de 9 bilhões de anos.
Tocar mídia

Vídeo (02:42) sobre como a imagem do Hubble eXtreme Deep Field foi feita.