JADES wird tiefer gehen als die Hubble Deep Fields

Sehr viele bunte Lichtflecken - Galaxien - auf schwarzem Hintergrund.

Das Hubble Ultra Deep Field (in seiner eXtreme-Version) ist die bisher tiefste Sicht auf das Universum … und wird es bleiben, bis JADES übernimmt. Es erstreckt sich über etwa 13 MilliardenLichtjahreund umfasst etwa 10.000 Galaxien. Es dauerte 11,3 Tage, bis das Hubble-Weltraumteleskop diese altenPhotonen. Versuchendie größte Version herunterladenund zoomen Sie in verschiedene Abschnitte hinein. Wir sehen diese Galaxien, wie sie vor Milliarden von Jahren waren. Wie könnten sie heute aussehen? Bild über die NASA/DIES/ S. Beckwith (STSci)/ HUDF-Team.


AstronomenangekündigtDiesen Monat (15. Januar 2021) wird eine neue Himmelsdurchmusterung tiefer denn je durchgeführt, mit derJames Webb Weltraumteleskop, dasHubbleNachfolger des Teleskops, der im Oktober dieses Jahres auf den Markt kommen soll. Die neue Vermessung trägt die Abkürzung JADES, kurz für James Webb Space Telescope Advanced Deep Extragalactic Survey. Die Umfrage wird wie dieHubble Deep Fields, aber noch tiefer. Sein Hauptziel ist es, weit in den Weltraum zu sehen – und damit weit zurück in das sehr junge Universum – undBildes nur am Ende des sogenanntenKosmisches Mittelalter, das heißt zu der Zeit, als das Gas im Universum aufhörte zu seinopak bis transparent. Dies ist auch die Zeit, in der sich die allerersten Sterne – sehr große, massereiche und helle Sterne – in einem wahren Feuersturm der Sternengeburt bildeten, als das junge Universum weniger als 5% seines heutigen Alters war.

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Das Webb-Teleskop wird in der Nähe deszweiter Lagrange-Punkt– eine relativ stabile Raumregion, gravitativ gesprochen, bekannt alsL2– etwa 930.000 Meilen (1,5 Millionen km) von der Erde entfernt. Für die neue Durchmusterung wird das Webb-Teleskop fast 800 Stunden (rund 33 Tage) auf einen kleinen Punkt im Weltraum starren, um lichtschwächere Objekte als je zuvor zu sehen und so die erste Generation von Galaxien zu finden. Astronomen wollen unter anderem wissen, wie schnell diese Galaxien entstanden sind und wie schnell ihre Sterne entstanden sind. Sie wollen auch nach den allerersten supermassereichen Schwarzen Löchern suchen, von denen angenommen wird, dass sie im Herzen fast aller großen Galaxien liegen, einschließlich unserer Milchstraße.

Der lang erwartete Start des James Webb-Weltraumteleskops istverschobenmehrfach aus verschiedenen Gründen, zuletzt wegen der Auswirkungen der Covid-19-Pandemie. Es ist der formelle Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops, ist jedoch mit Instrumenten ausgestattet, die in der Lage sind, weiter in dieInfrarotTeil von demelektromagnetisches Spektrumals Hubble es könnte.

Diese Fähigkeit macht es auch zu einem würdigen Nachfolger des Infrarot-Weltraumteleskops Spitzer, dasvor kurzemging in den Ruhestand.

Was macht den Infrarotanteil des Spektrums für Umfragen wie JADES so wichtig? Wenn du wirklich tief schaust, wirst du auch in der Zeit zurückblicken, und je weiter du in der Zeit zurückschaust, desto mehrrotverschobendie Galaxien sind (je weiter sie entfernt sind, desto schneller entfernen sie sich von uns und desto mehr wurde ihr Licht in Richtung des roten Teils des Spektrums verschoben). Das bedeutet, dass das Licht, das wir beobachten möchten, ursprünglich im optischen (sichtbaren) Teil des elektromagnetischen Spektrums liegt, im optischen Teil möglicherweise nicht mehr viel zeigt. Stattdessen wurde es zu längeren Wellenlängen in den Infrarotbereich verschoben.




Mit anderen Worten, der Einsatz von Infrarotkameras ist notwendig, um das Licht der ersten Generation von Galaxien sehen zu können.Daniel Eisenstein, ein Professor für Astronomie an der Harvard University, sagte:

Wir glauben, dass sich Galaxien in der ersten Milliarde Jahre nach demUrknall, und erreichen mit 1 bis 2 Milliarden Jahren die Pubertät. Wir versuchen, diese frühen Perioden zu untersuchen. Wir müssen dies mit einem Infrarot-optimierten Teleskop tun, da die Ausdehnung des Universums dazu führt, dass die Wellenlänge des Lichts zunimmt, während es die riesige Entfernung zurücklegt, um uns zu erreichen. Obwohl die Sterne also hauptsächlich Licht im optischen und ultravioletten Wellenlängenbereich emittieren, wird dieses Licht ziemlich unerbittlich ins Infrarote verschoben. Nur Webb kann die Tiefe und Empfindlichkeit erreichen, die zum Studium dieser frühen Galaxien erforderlich sind.

Tatsächlich wurde das James-Webb-Weltraumteleskop speziell für diesen Zweck gebaut. Bisher sind Infrarotbilder viel wenigeraufgelöst– weniger klar – als optische Bilder aufgrund ihrer längeren Wellenlänge. Mit seinem viel größeren Sammelbereich kann der Webb gleichzeitig in Infrarot abbildenAuflösung– Detail – die Hubble im optischen Teil des Spektrums erhalten konnte.

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Raum mit gefalteten Stallitspiegeln und goldenen sechseckigen Platten, die eine Teleskopschüssel bilden.

Nach dem erfolgreichen Einsatz seiner Solarpaneele – genau wie im Weltraum vorgesehen – wird das Webb-Teleskop hier am 17. Dezember 2020 im Goddard Space Flight Center der NASA zu den letzten Tests präsentiert. Dann wird es verpackt und nach Französisch-Guayana transportiert, das am 31. Oktober 2021 mit einer Ariane-V-Rakete gestartet werden soll. Bild überNASA/ Chris Gunn.

Der Einsatz von Deep Field Surveys ist aus zwei Gründen eine junge Wissenschaft. Erstens hatten Astronomen vor Hubble nicht die richtige Instrumentierung, um sie zu tun. Zweitens auch, weil zunächst niemand wusste, wie lange Zeit in einen leeren Raum starrte. Ein so langer Blick ins Unbekannte würde wertvolle Beobachtungszeit erfordern, und wenn diese lange Beobachtung keine Ergebnisse brachte, würde es als Verschwendung angesehen.

Aber 1995,Robert Williams, dann beschloss der Direktor des Space Telescope Science Institute (STSci), das das Hubble-Teleskop verwaltet, seine „Direktionszeit“ zu nutzen, um den Hubble auf einen sehr kleinen und absolut leer wirkenden Teil des Himmels in Richtung auszurichten das Sternbild Ursa Major der Große Bär. Von unserer Milchstraße aus waren keine Sterne (oder nur sehr wenige) sichtbar, keine nahen Galaxien im Feld sichtbar und keine sichtbaren Gaswolken. Hubble sammelte an 10 aufeinander folgenden Tagen Photonen und das Ergebnis, dieHubble Deep FieldEr war ein Erfolg und ein Paradigmenwechsel: Ein Himmelsfleck etwa so klein wie das Auge von George Washington auf einemAmerikanisches Viertel(25-Cent-Münze), die auf Armeslänge ausgestreckt wurde, zeigte einen 10 Milliarden Lichtjahre langen Tunnel in die Vergangenheit mit einer Vielzahl von Galaxien – etwa 3.000 davon – in verschiedenen Entwicklungsstadien auf dem Weg. Das Feld vonBeobachtungskosmologiewurde geboren.

Dies geschah 1998 erneut, als das Hubble-Teleskop auf den Südhimmel gerichtet war (Hubble Deep Field Süd) und das Ergebnis war das gleiche. So haben wir gelernt, dass das Universum über große Skalen gleichförmig ist.


Als nächstes wurde eine neue, leistungsstarke Kamera auf Hubble installiert (dieErweiterte Kamera für Umfragen) im Jahr 2002. Das unglaubliche Hubble Ultra Deep Field wurde 2004 in einem ähnlich kleinen Himmelsfleck in der Nähe des Sternbildes Orion aufgenommen, etwa 1/10 eines Vollmonddurchmessers (2,4 x 3,4 Zoll).Bogenminuten, im Gegensatz zu den ursprünglichen Hubble Deep Fields Nord und Süd, die 2,6 x 2,6 Bogenminuten groß waren). Und so wurde unsere Reichweite noch tiefer in den Weltraum und noch weiter zurück in die Zeit erweitert und zeigte Licht von10 TausendGalaxien entlang eines 13 Milliarden Lichtjahre langen Weltraumtunnels. Wenn du dich daran erinnerst, dass es um das Universum geht13,77 Milliarden Jahre alt, Sie werden sehen, das bringt uns ganz nah an den Anfang!

Das Hubble Ultra Deep Field war das empfindlichste astronomische Bild, das jemals bei Wellenlängen des sichtbaren (optischen) Lichts gemacht wurde, bis 2012 eine noch verfeinerte Version namens veröffentlicht wurdeHubble eXtreme Deep Field, die erreichtesogarweiter: 13,2 Milliarden Jahre in der Zeit zurück.

Die JADES-Durchmusterung wird in zwei Sätzen beobachtet, einer am Nordhimmel und einer am Südhimmel in zwei berühmten Feldern namens GOODS North und South (abgekürzt vonGreat Observatories Origins Deep Survey).

Marcia Rieke, ein Professor für Astronomie an der University of Arizona, der das JADES-Team zusammen mit . leitetPierre Ferritder Europäischen Weltraumorganisation (ESA), erläutert:

Wir haben diese Felder gewählt, weil sie eine so große Fülle an unterstützenden Informationen bieten. Sie wurden bei vielen anderen Wellenlängen untersucht, also waren sie die logischen.

Sehr viele bunte Sprenkel und winzige Ovale (Galaxien) auf schwarzem Grund.

Größer anzeigen. | Schau genau.Jeder einzelne Fleckdes Lichts in diesem Bild ist eine ferne Galaxie (mit Ausnahme der sehr wenigen mit Stacheln, die Vordergrundsterne sind). Dieses Teleskop-Sichtfeld ist Teil desWAREN SüdGebiet. Es ist eine der Himmelsrichtungen, die in JADES beobachtet wird, einer neuen Vermessung, die darauf abzielt, die allerersten Galaxien zu untersuchen, die in den Kinderschuhen des Universums auftauchen. Bild über NASA/Hubble-Weltraumteleskop/Website des James Webb-Weltraumteleskops.

Die GOODS-Felder wurden mit mehreren der berühmtesten Teleskope beobachtet, die einen großen Wellenlängenbereich von Infrarot über optische bis hin zu Röntgen abdecken. Sie sind nicht ganz so tief (die Beobachtungen reichen nicht so weit zurück) wie das Ultra Deep Field, decken aber einen größeren Bereich des Himmels ab (4-5 mal größer) und sind die datenreichsten Bereiche des Himmels in hinsichtlich Tiefe kombiniert mit Wellenlängenabdeckung. Das erste Deep Field, HDF-N, befindet sich übrigens im GOODS Nordbild und das Ultra Deep Field/eXtreme (lieben Sie diese Namen nicht?) befindet sich im GOODS Südfeld.

Es gibt eine Vielzahl ehrgeiziger wissenschaftlicher Ziele für das JADES-Programm zur Zusammensetzung der ersten Galaxien, einschließlich der ersten Generation supermassereicher Schwarzer Löcher. Wie diese so früh zustande kamen, ist ein Rätsel. Auch der Übergang von Gas von neutral und opak zu transparent und ionisiert, den die Astronomen nennenEpoche der Reionisation, ist nicht gut verstanden. JADES-TeammitgliedAndrew Bunker, Professor für Astrophysik an der Universität Oxford im Vereinigten Königreich, der auch Teil des ESA-Teams hinter dem Webb-Teleskop ist, sagte:

Dieser Übergang ist eine grundlegende Phasenänderung in der Natur des Universums. Wir wollen verstehen, was sie verursacht hat. Es könnte sein, dass es das Licht von sehr frühen Galaxien und der erste Ausbruch der Sternentstehung ist …Bevölkerung III Sternedas aus Wasserstoff und Helium des Urknalls gebildet wurde.

Die Menschen versuchen dies seit vielen Jahrzehnten, und die Ergebnisse waren bisher nicht eindeutig.

Aber hoffentlich nicht mehr lange!

Fazit: JADES ist eine ehrgeizige neue Deep-Sky-Durchmusterung, die nach dem Start mit dem James Webb-Weltraumteleskop beobachtet werden soll. Es wird in Zeit und Raum weiter zurückreichen als jede andere Vermessung zuvor, um die allererste Generation von Galaxien nach dem Übergang des Universums von undurchsichtig zu transparent zu untersuchen.