Horft að endimörkum alheims

Geimsjónaukanum sem kenndur er við stjörnufræðinginn Edwin Hubble var skotið á loft árið 1990 með geimskutlunni Discovery. Sjónaukinn er 2,4 metrar í þvermál. Hann er í 550 km hæð og fer eina umferð um jörðu á 95 mínútum. Sjónauki þessi hefur náð mörgum frábærum myndum af himingeimnum og víkkað sjónsvið vísindanna svo um munar. 

 

Í mars 2004 birtu stjörnufræðingar við Vísindastofnun geimsjónaukans (Space Telescope Science Institute) einstæða mynd sem tekin var með Hubble-sjónaukanum. Sjónaukanum var beint að sama stað á himni hvað eftir annað og ljósi safnað í samtals 12 sólarhringa. Notaðar voru tvær myndavélar og var önnur næm fyrir innrauðu ljósi. Með þessu móti náðist mynd af mjög daufum og fjarlægum vetrarbrautum, nálægt endimörkum hins sýnilega heims. Valinn var staður á suðurhimni í stjörnumerkinu Ofninum (Fornax) þar sem engar nálægar stjörnur var að sjá. Svæðið á himninum sem myndin nær yfir er um 1/10 af þvermáli tungls (eða sólar). Á myndinni sjást á að giska tíu þúsund vetrarbrautir, og er talið að þær daufustu séu meira en 13 milljarða ljósára frá jörðu.

Á árunum 2013 til 2017 var unnið að sérstöku verkefni með Hubble-sjónaukanum. Verkefnið nefndist Útmörk  (Frontier Fields) og fólst í því að taka myndir af vetrarbrautaþyrpingum sem líklegar væru til að sýna merki um þyngdarsveigju ljóss frá vetrarbrautum handan við þyrpingarnar. Meðfylgjandi skýringarmynd sýnir hvernig hinn mikli massi þyrpingar veldur því að ljós frá fjarlægari vetrarbrautum sveigir frá beinni braut. Þyrpingin hefur svipuð áhrif og stækkunargler, bjagar myndirnar af hinum fjarlægari vetrarbrautum og getur magnað ljósið þannig að fram komi mynd af ljósgjafa sem hefði verið ósýnilegur ella.

Síðasta mynd sem tekin var af útmarkasvæði fylgir hér að neðan. Hubble-sjónaukanum var beint að vetrarbrautaþyrpingunni Abell 370 sem er í stjörnumerkinu Hvalnum (Cetus) í 4 milljarða ljósára fjarlægð. Björtustu vetrarbrautirnar í þyrpingunni er gulleitar sporvöluþokur, mun stærri en sú vetrarbraut sem sólkerfi okkar tilheyrir. Vetrarbrautir af síðari tegundinni - þyrilþokur - eru bláleitar á myndinni. Sumar þeirra eru í myndun og hafa ekki náð fullri  stærð. Þarna er horft svo langt aftur í tímann að það nálgast upphaf alheimsins, fyrir tæpum 14 milljörðum ára.



Á myndinni vekja ljóssveigar sérstaka athygli. Þetta eru afbakaðar myndir af vetrarbrautum langt handan við Abell 370, til orðnar vegna linsuhrifa hins mikla efnismagns í þyrpingunni.

Svæðið sem myndin nær yfir samsvarar um 1/270 af stærð sólar séð frá jörð (1/15 af þvermálinu). Hver depill sem á myndinni sést er að líkindum  vetrarbraut með milljörðum, jafnvel billjónum sólna.

Myndirnar að ofan eru fengnar af vefsvæðum sem tengjast Hubble-sjónaukanum.

Arftaki þessa merkilega sjónauka nefnist James Webb sjónaukinn til heiðurs James Edwin Webb sem var yfirmaður bandarísku geimferðastofnunarinnar NASA við upphaf mannaðra geimferða. Webb sjónaukinn er 6,5 metrar í þvermál. Honum var skotið á loft í desember 2021. Fyrstu myndir frá honum voru birtar við hátíðega athöfn 11. júlí 2022. Hér fyrir neðan eru sýndar til samanburðar myndir af völdu himinsvæði teknar með Hubble sjónaukanum annars vegar (efri myndin) og Webb sjónaukanum hins vegar. Myndirnar eru af vetrarbrautaþyrpingunni SMACS 0723 sem er í 4,3 milljarða ljósára fjarlægð. Til að ná myndunum þurfti 10 daga myndatöku með Hubble sjónaukanum en aðeins hálfan dag með Webb. Webb sjónaukinn hefur það fram yfir Hubble að hann greinir mun betur innrautt ljós og sér þannig margt sem Hubble er hulið. Til þess að innrauðu nemarnir geti starfað þarf sjónaukinn að vera eins kaldur og mögulegt er. Því var stórri sólhlíf komið fyrir sólarmegin við sjónaukann, sem staðsettur er í nokkurs konar jafnvægispunkti skuggamegin við jörð, fjórfalt lengra frá jörð en tunglið og því handan jarðskuggans. Sólhlífin er mjög stór, 21 x 14 metrar og hefur verið líkt við tennisvöll. Eftir að henni var komið fyrir þurfti að bíða þrjár vikur þar til sjónaukinn var orðinn nægilega kaldur til notkunar.

Myndirnar ná yfir örlítið svæði á himninum, um 2 bogamínútur í þvermál. Það svarar til hálfs millimetra korns sem haldið væri í útréttri hendi. Geislóttu ljósin á myndunum eru nálægar fastastjörnur; allir aðrir deplar eru vetrarbrautir sem hver og ein ber tugi og jafnvel hundruð milljarða stjarna. Daufustu deplarnir á Webb myndinni eru að taldir vera vetrarbrautir í meira en 13 milljarða ljósára fjarlægð og sjást mun betur en með Hubble sjónaukanum. Ljósið frá þessum vetrarbrautum hefur lagt af stað skömmu eftir upphaf alheimsins.

Þ.S. 25. 4. 2004. Viðbót 8.10. 2020. Viðbót 13.7. 2022