השדה האולטרה-עמוק של האבל

השדה האולטרה-עמוק של האבל (באנגלית: Hubble Ultra-Deep Field; ראשי תיבות: HUDF) הוא תמונה של אזור חלל קטן בקבוצת הכוכבים תנור, המכיל אומדן של בערך 10,000 גלקסיות. הגרסה המקורית שולבה מנתוני טלסקופ החלל האבל שהצטברו בתקופה שבין 24 בספטמבר 2003 ועד ל-16 בינואר 2004.^[1] בתמונה ניתן להסתכל על גופים שמימיים כ-13 מיליארד שנים לאחור בזמן (בין 400 ל-800 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול), התמונה שימשה ככלי לחיפוש גלקסיות שהיו קיימות אז באותה תקופה.

המהדורה המקורית של נאס"א, המכילה גלקסיות בגילאים, גדלים, צורות וצבעים שונים. הגלקסיות הקטנות והאדומות ביותר, בהן כ -10,000, הן חלק מהגלקסיות הרחוקות ביותר שצילם טלסקופ אופטי אי פעם. הגלקסיות נוצרו כנראה זמן קצר לאחר המפץ הגדול.

• 
  Hubble Deep UV (HDUV) Legacy Survey, השדה מכיל כ-15 אלף גלקסיות. שוחרר ב-16 באוגוסט 2018.
• 
  תמונת ה- ABYSS WFC3, מתוך ה-HUDF. שוחרר ב-24 בינואר 2019.

שטח התפוסה של השדה

HUDF צולם במקטע שמיים עם זיהום אור נמוך (כלומר עם מעט אבק בין-כוכבי ובין כוכבי) וצפיפות נמוכה של כוכבים בהירים באזורים הסובבים. תכונה זו אפשרה צפייה טובה יותר של עצמים חיוורים ורחוקים יותר. בחודשים אוגוסט וספטמבר 2009 נצפה השדה באורכי גל ארוכים יותר (1.0 עד 1.6 מיקרון) באמצעות ערוץ תת אדום של מצלמת Wide Field 3 (WFC3) (אנ') שחוברה.
בשילוב עם נתוני השדה הקיימים, אסטרונומים הצליחו לזהות קבוצה חדשה של גלקסיות שעלולות להיות רחוקות עד מאוד.^[2]

HUDF ממוקם מדרום-מערב לאוריון בקבוצת הכוכבים תנור הדרומית, גודל השדה הוא 2.4 דקות קשת מקצה לקצה, או 3.4 דקות קשת באלכסון. זהו בערך עשירית מקוטר הזוויתי של ירח מלא הנשקף מכדור הארץ.^[3] לשם השוואה, היקף השדה הוא כהיקפה של פיסת נייר הקטנה ממילימטר מרובע אחד המוחזקת במרחק של מטר אחד מהצופה. שטח התפוסה של השדה שווה בערך ל־1/5100² מכלל שטח השמיים. התמונה מכוונת כך שהפינה השמאלית העליונה מצביעה לכיוון צפון (46.4°-) בכיפת השמיים.

ב-25 בספטמבר 2012 פרסמה נאס"א גרסה מעודנת נוספת של שדה האולטרה-עמוק שזכה לכינוי: "eXtreme Deep Field (XDF)". ה-XDF חושף גלקסיות שנמשכות 13.2 מיליארד שנים אחורה בזמן, ואף חשף גלקסיה שתאורטית ייתכן שנוצרה רק 450 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול.^[4] ב-3 ביוני 2014 פרסמה נאס"א את תמונת השדה האולטרה-עמוק של האבל, המורכבת, בפעם הראשונה, מכל טווח האורות האפשרי. מאור על סגול ועד תת אדום קרוב.^[5]

ב-23 בינואר 2019 פרסם מכון האסטרופיזיקה של האיים הקנרים גרסה עמוקה ומשופרת עוד יותר^[5] של תמונות התת-אדום של השדה שהושגו באמצעות מצלמת ה- WFC3, ושמו: "ABYSS Hubble Ultra Deep Field". התמונות החדשות שיפרו את העמעום הקודם של תמונות מצלמת ה-WFC3. השיפורים כללו הבהרה ועידון באזור השחור סביב הגלקסיות הגדולות ביותר בשדה הראייה. לאחר שיפור זה, נתגלה כי חלק מהגלקסיות הכפילו את גודלן מהפעם האחרונה שנמדדו.^[6][7]

תכנון

בשנים שחלפו מאז הדגימות של השדה העמוק של האבל המקורי, השדה העמוק של האבל דרום ו-GOODS נותחו וסיפקו נתונים סטטיסטיים מוגברים על אפקט ההסחה לאדום שאומתו על ידי HDF. כאשר הותקן גלאי מצלמה רב-שימושית (אנ') (ACS) בהאבל, הובן כי ייתכן שתמונת שדה עמוקה במיוחד תוכל לצפות בהיווצרות גלקסיות עד להסחות אדומות אפילו יותר מכפי שנצפו אז, כמו גם לספק מידע נוסף על היווצרות גלקסיות בהזזות אדומות בינוניות (עד דרגה של z ~ 2).^[8] סדנה כיצד לבצע תצפיות בצורה הטובה ביותר עם ACS התקיימה במכון המדעי לטלסקופי חלל בסוף שנת 2002. בסדנה, האסטרונום מאסימו סטיאוולי דגל בשיטת השדה כדרך הטובה ביותר לחקור את האובייקטים האחראים ליוניזציה מחדש של היקום.^[9] לאחר הסדנה, החליט מנהל המכון, סטיבן בקווית', להקדיש 400 מסלולי הקפה על מנת לבצע את התצפוית הדרושות לצילום השדה ומינה את סטיאוולי למנהיג צוות הבקרה הקרקעי ליישום התצפיות.

בדומה לשדות הקודמים, מקטע השדה המיועד נדרש להיות נקי מזיהום אור כוכבי כמעט לחלוטין ואף אזור עם מינון אבק בין כוכבי נמוך. מיקום השדה נדרש להיות גם באזור נטייתי מספק כך שניתן יהיה לצפות בו הן על ידי מכשירים בחצי הכדור הדרומי, כגון מערך המילימטר הגדול של אטקמה (אנ'), והן על ידי מכשירים בחצי הכדור הצפוני, כגון מצפה הכוכבים קק הממוקם בהוואי. בסופו של דבר הוחלט להתמקד במקטע שכבר היה חלק מהשדה העמוק של צ'נדרה (אנ'), זאת עקב תצפיות רנטגן קיימות מטלסקופ החלל צ'נדרה ושני גופי חלל עמוק מעניינים שכבר נצפו בדגימת GOODS מאותו מקום: גלקסיה מסוחת לאדום ברמה 5.8 וסופרנובה. קואורדינטות השדה הן עלייה ישרה 3^h 32^m 39.0^s, נטייה 27°- 47′ 29.1″ (J2000). אורך השדה הוא 200 שניות קשת מצד לצד, עם שטח כולל של 11 דקות קשת מרובעות,^[8] ונמצא בקבוצת הכוכבים תנור.

מהלך התצפיות

מיקום השדה כמפני כדור הארץ

ארבעה מסננים שימשו במצלמת ה-ACS, ממוקדים בטווחי גלי ה: 435, 606, 775 ו- 850 ננומטר, כאשר זמני החשיפה נקבעו לרגישות שווה בכל המסננים. טווחי אורך גל בהם השתמשו תאמו את אלו שנעשה בהם שימוש בתצפית ה-GOODS, וכך אפשרו השוואה ישירה בין השניים. על מנת לקבל את הרזולוציה הטובה ביותר האפשרית, התצפיות הורטטו על ידי כיוון הטלסקופ לעמדות שונות במקצת עבור כל חשיפה - תהליך שנבדק עם HDF. הרטיטה גרמה לכך שהתמונה הסופית לא תעבור פיקסול הנובע מדיגיטציה והתוצאה הסופית תהיה ברזולוציה גבוהה.^[8]

התצפיות נעשו בשני מחזורים, מ-23 בספטמבר עד 28 באוקטובר 2003, ומ-4 בדצמבר 2003, ועד 15 בינואר 2004. זמן החשיפה הכולל היה מעט פחות ממיליון שניות, המורבות מ-400 מסלולים, עם זמן חשיפה אופייני של 1200 שניות למסלול.^[8] בסך הכל, 800 חשיפות ACS בוצעו במהלך 11.3 ימים, 2 בכל מסלול, והמצלמה וספקטרומטר לקרינה תת-אדומה (אנ') צפתה במשך 4.5 ימים. כל חשיפות ה-ACS הבודדות עובדו ושולבו על ידי אנטון קוקמור לכדי קבוצה אחת של תמונות שימושיות מבחינה מדעית, כל אחת עם זמן חשיפה כולל הנע בין 134,900 שניות ל-347,100 שניות.

תצפיות HUDF שנעשו עם ACS

מצלמה	מסנן	אורך גל	זמן חשיפה כולל	מס' תצפיות
ACS	F435W	435 נ"מ	134,880 ש' (56 סיבובים)	112
ACS	F606W	606 נ"מ	135,320 ש' (56 סיבובים)	112
ACS	F775W	775 נ"מ	347,110 ש' (144 סיבובים)	288
ACS	F850LP	850 נ"מ	346,620 ש' (144 סיבובים)	288

רגישות מצלמת ה- ACS הגבילה את יכולתה לזהות גלקסיות מוסחות בדרגה הגבוהה מ-z ~ 6. אך מצד שני, תמונות השדות העמוקים שצולמו על ידי ה-NICMOS הושגו במקביל לתמונות ה- ACS יכלו לשמש באופן עקרוני ככלי עזר לאיתור גלקסיות בדרגת הסחה מ- z ~ 7 ומעלה, אך עם זאת היה חסר מאגר תמונות של שדות בעלי טווח עומק דומה. על מנת להשיג נתוני חשיפות עמוקות על גבי השדות המקבילים של NICMOS, תוכננה חשיפת המשך בשם: HUDF05. החשיפה אושרה וניתן לה סך זמן של 204 מסלולי הקפה כדי לצפות בשני השדות המקבילים.^[10] הכיוון של האבל נבחר כך שתמונות מקבילות נוספות של NICMOS ימוקמו במדיוק על גבי השדה עצמו.

לאחר התקנת WFC3 על האבל בשנת 2009, תוכנית HUDF09 (GO-11563) הקדישה 192 מסלולים לתצפיות על שלושה שדות, כולל HUDF, באמצעות המסננים החדשים F105W, F125W ו-F160W (המתאימים לטווחי Y, J ו-H)^[2][11]

תצפיות HUDF שנעשו עם WFC3

מצלמה	מסנן	אורך גל	זמן חשיפה כולל
WFC3	F105W	150 ± 1600 נ"מ	16 מסלולים, מתוכם 14 נוצלו
WFC3	F125W	150 ± 1250 נ"מ	16 מסלולים
WFC3	F160W	150 ± 1600 נ"מ	28 מסלולים

תוכן

• 
  הגלקסיה הספירלית UDF 423 בטווח האור הנראה
• 
  השוואת טווחים, והעצמים הנגלים בטווחים הללו

HUDF הוא התצלום העמוק והמרוחק ביותר של היקום שצולם אי פעם ושימש לחיפוש גלקסיות שנוצרו בין 400 ל־800 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול
(בדרגות הסחה בין z ~ 12 - 7). כמה גלקסיות בשדה מועמדות, על סמך הסחות פוטומטריות, להיות בין האובייקטים האסטרונומיים הרחוקים ביותר. הננס האדום UDF 2457 במרחק של 59,000 שנות אור הוא הכוכב הרחוק ביותר שידוע.^[12] כמו גם את הכוכב העמום ביותר ביחס אלינו: הכוכב הנמצא במרכז השדה ושמו הוא: USNO-A2.0 0600-01400432 בוער בעוצמה נראית של 18.95.^{[13] [דרוש מקור]}

השדה שצולם על ידי ה-ACS מכיל למעלה מ-10,000 אובייקטים, שרובם גלקסיות, רבות מוסחות בדרגה הגבוהה מ- z ~ 3, וחלקן בעלות כנראה בדרגות (z ~ 7 - 6).^[8] עם זאת ייתכן שמדידות ה-NICMOS גילו גלקסיות בדרגה הגבוהה מ- z ~ 12.

תוצאות מדעיות

ה- HUDF חשף שיעורים גבוהים של היווצרות כוכבים בשלבים מוקדמים מאוד של היווצרותה של גלקסיה, תוך מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול.^[8] הוא גם איפשר אפיון משופר של התפלגות הגלקסיות, מספרן, גודלן ובהירותן בתקופות שונות, ועזר לחקירת התפתחות הגלקסיות.^[8] בעקבות התצלום אושר כי גלקסיות המוסחות בקטגוריות גבוהות יותר הן לרוב קטנות יותר ופחות סימטריות מאלו שבקטגוריות הנמוכות יותר. התצלום שפך אור על ההתפתחות המהירה של הגלקסיות במהלך מיליארד השנים הראשונות שלאחר המפץ הגדול.^[8]

Hubble eXtreme Deep Field

Hubble eXtreme Deep Field. נצפה ב-2012

מיקומו של XDF מסורטט בריבוע אדום

ה-HXDF, שפורסם ב-25 בספטמבר 2012, הוא תמונה של חלק מהחלל במרכז השדה. התמונה, המייצגת בסך הכל שני מיליון שניות (כ-23 יום) של זמן חשיפה שנאסף במשך 10 שנים, התמונה מכסה שטח של 2.3 דקות קשת על 2 דקות קשת,^[14] או כ -80% משטח ה- HUDF. תפוסת ה-HXDF תופסת כ-1/5657² משטח השמיים.

ה-HXDF מכיל כ-5,500 גלקסיות, שהבכורות שבהן נראות כפי שהיו לפני 13.2 מיליארד שנים. הגלקסיות הקלושות הן בעשירית מיליארד מהבהירות של מה שהעין האנושית יכולה לראות. הגלקסיות האדומות בתמונה הן שרידי גלקסיות לאחר התנגשויות גדולות במהלך שנותיהם המבוגרות. רבות מהגלקסיות הקטנות יותר בתמונה הן גלקסיות צעירות מאוד שהתפתחו בסופו של דבר לגלקסיות גדולות, בדומה לשביל החלב וגלקסיות אחרות בשכונה הגלקטית שלנו.^[4]

• 
  תפוסת XDF בהשוואה לתפוסת הירח
• 
  תמונת XDF מציגה גלקסיות בוגרות במישור החזית, גלקסיות כמעט בוגרות מלפני 5 עד 9 מיליארד שנים ופרוטוגלקסיות הבנות מעבר ל־9 מיליארד שנים.
• סרטון (02:42) המסביר איך תמונת ה- XDF נוצרה. (כתוביות בעברית)

ראו גם

	עיינו גם בפורטל:
		פורטל מדעי החלל

• Webb's First Deep Field
• היקום
• נקודה כחולה חיוורת
• היום בו כדור הארץ חייך
• זריחת הארץ

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא השדה האולטרה-עמוק של האבל בוויקישיתוף

• האתר הרשמי של השדות העמוקים של האבל, באתר נאס"א
• כתבות נוספות, באתר נאס"א
• מידע על השדה, באתר נאס"א
• היווצרות גלקסיות, באתר נאס"א
• צפייה ויזואלית בשדה, באתר SKY MAP
• פרויקט XDF, באתר מצפה הכוכבים UCO/Lick
• מידע על ה-XDF, באתר Astronomy Picture of the Day
• מידע על תמונת ABYSS, באתר Iac.es

הערות שוליים

1. Hubble's Deepest View Ever of the Universe Unveils Earliest Galaxies, HubbleSite (באנגלית)
2. R.J. Bouwens, G.D.Illingworth, P.A. Oesch, M. Stiavelli, P. van Dokkum, M. Trenti, D. Magee, I. Labbe, M. Franx, M. Carollo and V. Gonzalez (2009). "Discovery of z~8 Galaxies in the HUDF from ultra-deep WFC3/IR Observations". Astrophysical Journal
3. "Moon Illusion" homepages.wmich.edu.
4. "Hubble Goes to the eXtreme to Assemble Farthest-Ever View of the Universe" NASA. בספטמבר 25, 2012
5. "IAC PRESS RELEASE - Making the Hubble's deepest images even deeper" Instituto de Astrofísica de Canarias
6. "The missing light of the Hubble Ultra Deep Field"
7. The Missing Light of Hubble
8. The Hubble Ultra Deep Field
9. Observable Properties of Cosmological Reionization Sources
10. Program 10632 Information
11. Program 11563 Information
12. As Far As We Can See
13. SKY MAP
14. "Hubble Goes to the eXtreme to Assemble Farthest Ever View of the Universe"