Hubble Space Telescope: Astronomer Dela 17 av de bästa rymdfotona

I denna speciella egenskap har vi bjudit topp astronomer att handplocka Hubble Space Telescope-bilden som har den mest vetenskapliga relevansen för dem. De bilder de har valt är inte alltid de färgstarka ärabilden som fyller de otaliga "bästa" gallerierna på internet, utan snarare deras inverkan kommer i de vetenskapliga insikter som de avslöjar.

Tanya Hill, Museum Victoria

Mitt all-time favorit-astronomiska objekt är Orion Nebula - ett vackert och närliggande moln av gas som aktivt bildar stjärnor. Jag var en gymnasieelever när jag först såg nebeln genom ett litet teleskop och det gav mig en känsla av prestation för att manuellt peka teleskopet i rätt riktning och efter en skälig bit av jakt för att äntligen spåra den i himlen (det fanns ingen automatisk "go-to" -knapp på det teleskopet).

Det som jag såg på så länge sedan var naturligtvis ett otroligt känsligt och spritt moln av gas i svart och vitt. En av de underbara saker som Hubble gör är att avslöja universums färger. Och den här bilden av Orion Nebula är vår bästa chans att föreställa oss hur det skulle se ut om vi eventuellt kunde gå dit och se det på nära håll.

Så många av Hubbles bilder har blivit ikoniska, och för mig är glädjen att se sina vackra bilder samla vetenskap och konst på ett sätt som engagerar allmänheten. Ingången till mitt kontor, har en enorm kopia av denna bild tapeterad på en vägg 4m bred och 2,5m lång. Jag kan berätta, det är ett underbart sätt att börja varje arbetsdag.

Michael Brown, Monash University

Effekten av fragmenten av Comet Shoemaker Levy 9 med Jupiter i juli 1994 var första gången astronomer hade förvarning om en planetskollision. Många av världens teleskop, inklusive den nyligen reparerade Hubble, gjorde blicken på jätteplaneten.

Kometenkraschen var också min första yrkeserfarenhet av observationell astronomi. Från en frigid kupol på Mount Stromlo hoppades vi att se Jupiters månar reflektera ljuset från komeetfragment som kraschar in i Jupiter. Tyvärr såg vi inga blinkar av ljus från Jupiters månar.

Hubble fick dock en fantastisk och oväntad vy. Påverkan på Jupiters andra sida producerade plumer som steg så långt ovanför Jupiters moln som de kortfattat kom från jorden.

När Jupiter roterade på sin axel kom enorma mörka ärr i sikte. Varje ärr var ett resultat av effekterna av ett kometfragment, och några av ärren var större i diameter än vår måne. För astronomer runt om i världen var det en käftande syn.

William Kurth, University of Iowa

Detta par bilder visar ett spektakulärt ultraviolett aurora ljussken som förekommer nära Saturnos nordpol i 2013. De två bilderna togs bara 18 timmar från varandra, men visar förändringar i ljusstyrkan och formen av aurorerna. Vi använde dessa bilder för att bättre förstå hur mycket effekt solenergi har på aurorerna.

Vi använde Hubble-fotografier som de som mina astronomkollegor förvärvade för att övervaka aurorerna medan de använde Cassini-rymdfarkosten, i omlopp kring Saturnus, för att observera radioemissioner i samband med ljusen. Vi kunde bestämma att ljusstyrkan hos aurorerna är korrelerad med högre radiointensiteter.

Därför kan jag använda Cassins kontinuerliga radioobservationer för att berätta om aurorerna är aktiva, även om vi inte alltid har bilder att titta på. Detta var en stor insats, inklusive många Cassini-utredare och jordbaserade astronomer.

John Clarke, Boston University

Den här ultravioletta bilden av Jupiters norra Aurora visar den stadiga förbättringen av Hubbles vetenskapliga instrument. Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) bilder visade för första gången hela spektret av auroralutsläpp som vi just började förstå.

Den tidigare kameran Wide Field Planetary Camera 2 (WFPC2) hade visat att Jupiters auroralutsläpp roterade med planeten, snarare än att vara fixerad med riktningen mot solen, så uppträdde Jupiter inte som jorden.

Vi visste att det fanns aurora från mega-ampereströmmarna som flyter från Io längs magnetfältet ner till Jupiter, men vi var inte säkra på att detta skulle inträffa med de andra satelliterna. Medan det fanns många ultravioletta bilder av Jupiter som tagits med STIS, gillar jag den här eftersom det tydligt visar auroralutsläppen från de magnetiska fotspåren i Jupiters månar Io, Europa och Ganymedes, och Ios utsläpp visar tydligt höjden på auroralridån. För mig ser det tredimensionellt ut.

Fred Watson, australiensiskt astronomiskt observatorium

Ta en titt på dessa bilder av dvärgplaneten Pluto, som visar detaljer vid den extrema gränsen för Hubbles förmåga. Några dagar från nu kommer de att bli gammal hatt, och ingen kommer att bry sig om att titta på dem igen.

Varför? Eftersom i början av maj kommer rymdskeppet New Horizons nära nog att Pluto för sina kameror för att avslöja bättre detaljer, eftersom båten närmar sig sin 14 juli rendezvous.

Ändå har den här sekvensen av bilder - från början av 2000-talet - givit planetvetenskapsmännen sina bästa insikter hittills, de olika färgerna som avslöjar subtila variationer i Plutos ytkemi. Den guliga regionen som är framträdande i centrumbilden har till exempel ett överskott av frusen kolmonoxid. Varför det borde vara är okänt.

Hubble-bilderna är allt mer anmärkningsvärda med tanke på att Pluto endast är 2/3 diametern för vår egen måne, men nästan 13 000 gånger längre bort.

Chris Tinney, University of New South Wales

Jag drog en gång min fru till mitt kontor för att med stolthet visa henne resultaten av några avbildningsobservationer som gjordes vid det anglo-australiska teleskopet med en (då) ny och dåvarande state-of-the-art 8192 x 8192 pixelbildare. Bilderna var så stora, de var tvungna att skriva ut på flera A4-sidor och sedan fast ihop för att skapa en stor svartvitt karta över ett kvarter av galaxer som täckte en hel vägg.

Jag blev krossad när hon tittade och sa: "Ser ut som mögel."

Det som bara går för att visa den bästa vetenskapen är inte alltid den vackraste.

Mitt val av den största bilden från HST är en annan svartvit bild från 2012 som också "ser ut som mögel". Men begravd i bildens hjärta är en uppenbarligen obotlig svag punkt. Det representerar dock den bekräftade upptäckten av det kallaste exemplet på en brun dvärg som upptäckts. Ett objekt som lurar mindre än 10 parsek (32,6 ljusår) bort från solen med en temperatur på ca 350 Kelvin (77 grader Celsius) - kallare än en kopp te!

Och till den här dagen är det fortfarande en av de kallaste kompakta föremålen vi har upptäckt utanför vårt solsystem.

Lucas Macri, Texas A & M University

2004 var jag en del av ett team som använde den nyligen installerade Advanced Camera for Surveys (ACS) på Hubble för att observera en liten region på disken i en närliggande spiralgalax (Messier 106) vid 12 separata tillfällen inom 45 dagar. Dessa observationer gjorde det möjligt för oss att upptäcka över 200 Cepheid-variabler, vilka är mycket användbara för att mäta avstånd till galaxer och bestämmer slutligen universitets expansionstakten (med namnet Hubble-konstanten).

Denna metod kräver en korrekt kalibrering av Cepheid-ljusstyrkor, vilket kan göras i Messier 106 tack vare en mycket exakt och exakt uppskattning av avståndet till denna galax (24,8 miljoner ljusår, ge eller ta 3%) erhållen via radioobservationer av vatten moln som kretsar i det massiva svarta hålet i centrum (ingår inte i bilden).

Några år senare var jag involverad i ett annat projekt som använde dessa observationer som det första steget i en robust kosmisk distansstege och bestämde värdet av Hubble-konstanten med en total osäkerhet på 3%.

Howard Bond, Pennsylvania State University

En av de bilder som uppskattade mig mest - trots att den aldrig blev känd - var vår första av det lätta ekot runt den märkliga explosiva stjärnan V838 Monocerotis. Dess utbrott upptäcktes i januari 2002 och dess lätta eko upptäcktes ungefär en månad senare, både från små jordbaserade teleskop.

Även om ljus från explosionen reser rakt mot jorden, går det också ut till sidan, reflekterar av närliggande damm och anländer till jorden senare och producerar "ekot".

Astronauterna hade servat Hubble i mars 2002 och installerade den nya Advanced Camera for Surveys (ACS). I april var vi en av de första som använde ACS för vetenskapliga observationer.

Jag hade alltid tyckt att NASA visste på något sätt att ljuset från V838 var på väg till oss från 20.000 ljusår bort och fick ACS installerat just i tid! Bilden, även i bara en färg, var fantastisk. Vi har fått många fler Hubble-observationer av ekot under det följande decenniet, och de är några av de mest spektakulära av alla, och MYCKET kända, men jag kommer fortfarande ihåg att bli awed när jag såg den här första.

Philip Kaaret, University of Iowa

Galaxer bildar stjärnor. Några av dessa stjärnor avslutar sina "normala" liv genom att kollapsa i svarta hål, men sedan börja nya liv som kraftfulla röntgenutstrålare som drivs av gas sugd av en följeslagare.

Jag fick denna Hubble-bild (i rött) av Medusa-galaxen för att bättre förstå sambandet mellan svarthål röntgenbinarier och stjärnformation. Det slående utseendet på Medusa uppstår, eftersom det är en kollision mellan två galaxer - "håret" är rester av en galax som sönderdelas av den andra gravitationen. Den blå i bilden visar röntgenbilder, avbildad i Chandra X-ray Observatory. De blå prickarna är svarthålsbinarier.

Tidigare arbete hade föreslagit att antalet röntgenbinarier är helt enkelt proportionellt mot den takt som värdgalaxen bildar stjärnor. Dessa bilder av Medusa fick oss att visa att samma förhållande rymmer, även i galaktiska kollisioner.

Mike Eracleous, Pennsylvania State University

Några av Hubble Space Telescope-bilderna som appellerar till mig en hel del visar interaktiva och sammanfogande galaxer, såsom antennerna (NGC 4038 och NGC 4039), musen (NGC 4676), Cartwheel-galaxen (ESO 350-40) och många andra utan smeknamn.

Dessa är spektakulära exempel på våldsamma händelser som är vanliga vid utvecklingen av galaxer. Bilderna ger oss utsökta detaljer om vad som händer under dessa interaktioner: galaxernas snedvridning, kanaliseringen av gas mot sina centra och bildandet av stjärnor.

Jag tycker att dessa bilder är mycket användbara när jag förklarar för allmänheten min egen forskningssammanhang, gasens uppkomst av de supermassiva svarta hålen vid centra av sådana galaxer. Särskilt snyggt och användbart är en video sammanställd av Frank Summers vid Space Telescope Science Institute (STScI), som illustrerar det vi lär oss genom att jämföra sådana bilder med modeller av galaxkollisioner.

Michael Drinkwater, University of Queensland

Våra bästa datorsimuleringar berättar att galaxerna växer genom att kollidera och slå samman med varandra. På samma sätt säger våra teorier att när två spiralgalaxer kolliderar, borde de bilda en stor elliptisk galax. Men faktiskt ser det hända är en annan historia helt!

Denna vackra Hubble-bild har fångat en galaxkollision i handling. Detta berättar inte bara att våra förutsägelser är bra, men det låter oss börja arbeta ut detaljerna eftersom vi nu kan se vad som faktiskt händer.

Det finns fyrverkerier av ny stjärnformation som utlöses när gasmoln kolliderar och stora snedvridningar pågår när spiralarmarna bryts upp. Vi har en lång väg att gå innan vi förstår helt hur stora galaxer bildar, men bilder som detta pekar vägen.

Roberto Soria, ICRAR-Curtin University

Detta är den högsta upplösningen av en kollimerad jet som drivs av ett supermassivt svart hål i kärnan i galaxen M87 (den största galaxen i Virgo Cluster, 55 miljoner ljusår från oss).

Jeten skjuter ut från den heta plasmagruppen som omger det svarta hålet (vänster till vänster) och vi kan se det strömma ner över galaxen, över ett avstånd på 6000 ljusår. Den vita / lila ljuset av strålen i denna fantastiska bild produceras av strömmen av elektroner som spirer runt magnetfältlinjer med en hastighet av cirka 98% av ljusets hastighet.

Att förstå energibudget för svarta hål är ett utmanande och fascinerande problem inom astrofysik. När gas faller in i ett svart hål, frigörs en stor mängd energi i form av synligt ljus, röntgenstrålar och strålar av elektroner och positroner som reser nästan vid ljusets hastighet. Med Hubble kan vi mäta storleken på det svarta hålet (tusen gånger större än det centrala svarta hålet i vår galax), dess energi och hastighet, och strukturen hos magnetfältet som kollimerar det.

Jane Charlton, Pennsylvania State University

När mitt Hubble Space Telescope-förslag antogs 1998 var det en av de största spänningarna i mitt liv. För att föreställa mig att teleskopet skulle fånga Stephans Quintet, en fantastisk kompakt grupp av galaxer!

Under de kommande miljardåren fortsätter Stephans quintetgalaxier i sin majestätiska dans, styrd av varandras gravitation. Så småningom kommer de att sammanfoga, ändra sina former och till sist bli en.

Vi har sedan dess observerat flera andra kompakta grupper av galaxer med Hubble, men Stephans Quintet kommer alltid att vara speciell eftersom dess gas har släppts från dess galaxer och lyser upp i dramatiska utbrott av intergalaktisk stjärnbildning. Vilken bra sak att leva i en tid då vi kan bygga Hubble och driva våra tankar för att se hur signifikant dessa signaler från vårt universum är. Tack till alla hjältar som skapade och behöll Hubble.

Geraint Lewis, University of Sydney

När Hubble lanserades 1990 började jag min doktorand. studier i gravitationell linsning, massans handling böjer ljusstrålens vägar när de reser över universum.

Hubbles bild av den massiva galaxklassen Abell 2218 bringar den här gravitationen i skarp fokus och avslöjar hur den stora mängden mörk materia som finns i klustret, som binder de många hundra galaxerna tillsammans, förstorar ljuset från källor många gånger mer avlägsen.

När du stirrar djupt in i bilden, är dessa förstorade bilder tydliga som långa smala streck, de snedvridna vyer av babygalaxer som normalt inte skulle kunna upptäckas.

Det ger dig en paus att tro att sådana gravitationslinser, som fungerar som naturliga teleskop, använder gravitationen från osynlig materia för att avslöja fantastiska detaljer i universum som vi normalt inte kan se!

Rachel Webster, University of Melbourne

Gravitationslinsering är en extraordinär manifestation av effekten av massa på rymdtidens form i vårt universum. I huvudsak, där det finns massa, är ytan böjd, och så föremål som ses på avstånd, bortom dessa massstrukturer, har deras bilder förvrängts.

Det är lite som en mirage; Det är faktiskt termen franska använder för denna effekt. I de tidiga dagarna av rymdteleskopet Hubble uppträdde en bild av linseffekterna av ett massivt grupp av galaxer: de små bakgrundsgalaxierna sträcktes och förvrängdes men omfamnade klustret, nästan som ett par händer.

Jag blev bedövas. Detta var en hyllning till teleskopets extraordinära upplösning, som ligger långt över jordens atmosfär. Sett från marken hade dessa extraordinära tunna vingar av galaktiskt ljus blivit utsmyckade och inte urskiljbara från bakgrundsbruset.

Min tredje årets astrofysiksklass undersökte de 100 topphotarna av Hubble, och de var mest imponerade av de extraordinära, men sanna färgerna i gasmoln. Men jag kan inte gå förbi en bild som visar effekten av massan på själva universumets väv.

Kim-Vy Tran, Texas A & M

Med generell relativitet, Einstein postulerade att materia förändrar rymdtid och kan böja ljus. En fascinerande konsekvens är att mycket massiva objekt i universum kommer att förstora ljus från avlägsna galaxer, i huvudsak att bli kosmiska teleskop.

Med Hubble Space Telescope har vi nu utnyttjat denna kraftfulla förmåga att återvända i tid för att leta efter de första galaxerna.

Denna Hubble-bild visar en bikupa av galaxer som har tillräckligt med massa för att böja ljus från mycket avlägsna galaxer till ljusa bågar. Mitt första projekt som doktorand var att studera dessa anmärkningsvärda föremål, och jag använder fortfarande Hubble idag för att utforska galaxernas natur över kosmisk tid.

Alan Duffy, Swinburne University of Technology

Till det mänskliga ögat är natthimlen i den här bilden helt tom. En liten region som inte är tjockare än en riskorn som hålls vid armlängden. Hubble-rymdteleskopet pekade på denna region i 12 hela dagar och slog ljuset på detektorerna och långsamt, en efter en såg galaxerna tills hela bilden fylldes med 10 000 galaxer som sträckte sig över universum.

De mest avlägsna är små röda prickar tiotals miljarder ljusår borta, som går tillbaka till en tid bara några hundra miljoner år efter Big Bang. Det vetenskapliga värdet av denna enda bild är enorm. Det revolutionerade våra teorier både hur tidiga galaxer kunde bildas och hur snabbt de kunde växa. Historien om vårt universum, liksom den stora variationen av galaxformer och storlekar, finns i en enda bild.

För mig är det som verkligen gör den här bilden extraordinär att den ger en inblick i vårt synliga universums skala. Så många galaxer i ett så litet område innebär att det finns 100 tusen miljoner galaxer över hela natthimlen. En hel galax för varje stjärna i vårt Milky Way!

James Bullock, University of California, Irvine

Det här är vad Hubble handlar om. En enstaka, ursäktsperspektiv utsikt kan väcka så mycket om vårt universum: dess avlägsna förflutna, dess fortlöpande sammansättning och till och med de grundläggande fysiska lagarna som knyter samman allt.

Vi peering genom hjärtat av ett svärmande kluster av galaxer. De glödande vita bollarna är jättegalaxer som dominerar klustercentret. Titta noga och du får se diffusa rytmer av vitt ljus som slits av dem! Klustret verkar som en gravitationskonstnär, som plågar många enskilda galaxer i ett enda moln av stjärnor.

Men själva klustret är bara det första kapitlet i den kosmiska berättelsen som avslöjas här. Se de svaga blå ringarna och bågarna? Det är de förvrängda bilderna av andra galaxer som ligger långt borta.

Klusterets enorma tyngdkraft förorsakar rymdtid kring det. När ljus från avlägsna galaxer passerar, tvingas det att böja sig i konstiga former, som ett förvrängt förstoringsglas skulle förvränga och ljusa vår syn på ett svagt ljus. Hubble använder sin kännedom om Einsteins generella relativitet, och använder klustret som ett gravitationsteleskop, vilket gör att vi kan se längre och färre än någonsin möjligt. Vi ser långt tillbaka i tiden för att se galaxer som de var för mer än 13 miljarder år sedan!

Som teoretiker vill jag förstå galaxernas fulla livscykel - hur de är födda (små, blåa, spränga med nya stjärnor), hur de växer, och så småningom hur de dör (stort, rött, bleknar med antikens ljus stjärnor). Hubble tillåter oss att ansluta dessa steg. Några av de svagaste, mest avlägsna galaxerna i den här bilden är avsedda att bli monstergalaxer som de glödande vita i förgrunden. Vi ser det avlägsna förflutna och nutiden i en enda strålande bild.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation av Tanya Hill med bidragande författare Alan Duffy, Chris Tinney, Fred Watson, Geraint Lewis, Howard E Bond, James Bullock, Jane Charlton, John Clarke, Kim Vy Tran, Lucas Macri, Michael Drinkwater, Michael JI Brown, Mike Eracleous, Philip Kaaret, Rachel Webster, Roberto Soria och William Kurth. Läs den ursprungliga artikeln här.