Введение

Многоэкспозиционное изображение глубокого космоса в созвездии Большой Медведицы.

Глубокое поле Хаббла (HDF) — изображение небольшой области в созвездии Большой Медведицы, составленное из серии наблюдений космическим телескопом Хаббла. Оно охватывает область примерно в 2,6 угловых минут с каждой стороны, что составляет около одной 24-миллионной части всего неба и эквивалентно по угловому размеру теннисного мяча на расстоянии 100 метров. Изображение было собрано из 342 отдельных экспозиций, сделанных с помощью широкоугольной и планетарной камеры 2 космического телескопа в течение десяти последовательных дней с 18 по 28 декабря 1995 года. После коррекции сферической аберрации во время миссии космического челнока STS 61 в 1993 году улучшенные возможности телескопа были использованы для изучения всё более далёких и слабых галактик. Среднеглубокое обследование (MDS) использовало широкоугольную и планетарную камеру 2 (WFPC2) для получения глубоких изображений случайных областей неба, в то время как другие инструменты использовались для запланированных наблюдений. Одновременно другие специализированные программы были сосредоточены на галактиках, уже известных по наземным наблюдениям. Все эти исследования выявили существенные различия между свойствами галактик в настоящее время и теми, которые существовали несколько миллиардов лет назад. До 10% времени наблюдений HST выделяется как время по усмотрению директора (DD) и обычно предоставляется астрономам, желающим изучать неожиданные переходные явления, такие как сверхновые. После того, как было подтверждено, что корректирующая оптика Хаббла работает эффективно, Роберт Уильямс, тогдашний директор Научного института космического телескопа, решил посвятить значительную часть своего времени в 1995 году изучению далёких галактик. Специальный консультативный комитет Института рекомендовал использовать WFPC2 для получения изображения «типичного» участка неба на большой галактической широте с использованием нескольких оптических фильтров. Для разработки и реализации проекта была создана рабочая группа.

Выбор цели

Поле, выбранное для наблюдений, должно было соответствовать нескольким критериям. Оно должно было находиться на высокой галактической широте, поскольку пыль и поглощающая материя в плоскости диска Млечного Пути затрудняют наблюдения далёких галактик на низких галактических широтах (см. Зону избегания). Целевое поле должно было избегать известных ярких источников видимого света (таких как звезды переднего плана), а также инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучения, чтобы облегчить последующие исследования объектов в глубоком поле на различных длинах волн. Кроме того, оно должно было располагаться в области с низким фоновым инфракрасным циррусом – диффузным, волокнистым инфракрасным излучением, которое, как считается, вызвано тёплыми пылевыми частицами в холодных облаках водородного газа (области H I). Было идентифицировано двадцать областей, удовлетворяющих этим критериям, из которых были выбраны три оптимальных кандидата, все в созвездии Большой Медведицы. Радиосъёмка с помощью VLA исключила одно из этих полей из-за наличия в нём яркого радиоисточника, а окончательный выбор между двумя оставшимися был сделан на основе доступности звёзд-наводчиков вблизи поля: наблюдения, проводимые с помощью телескопа Хаббла, обычно требуют пары близлежащих звёзд, на которые могут быть зафиксированы датчики точного наведения телескопа во время экспозиции. Однако, учитывая важность наблюдений HDF, рабочая группа потребовала второй набор резервных звёзд-наводчиков. В конечном итоге было выбрано поле, расположенное при прямом восхождении и склонении ; или на 1/12 ширины Луны. Его площадь составляет примерно 1/24 000 000 от общей площади неба.

Замечания

После выбора поля наблюдения была разработана стратегия наблюдений. Важным решением было определение того, какие фильтры будут использованы: WFPC2 оснащен 48 фильтрами, включая узкополосные фильтры, выделяющие конкретные эмиссионные линии, представляющие астрофизический интерес, и широкополосные фильтры, полезные для изучения цветов звезд и галактик. Выбор фильтров для HDF зависел от светопропускания каждого фильтра – общей доли света, которую он пропускает – и доступного спектрального диапазона. Предпочтительными были фильтры с минимальным перекрытием полос пропускания. Поскольку длины волн, на которых были получены изображения, не соответствуют длинам волн красного, зеленого и синего света, цвета на итоговом изображении лишь приблизительно отражают реальные цвета галактик; выбор фильтров для HDF (и большинства изображений, полученных с помощью телескопа Хаббла) был в первую очередь направлен на максимизацию научной ценности наблюдений, а не на создание цветов, соответствующих тому, что воспринимает человеческий глаз.

Содержание

Последние снимки были представлены на встрече Американского астрономического общества в январе 1996 года и обнаружили огромное количество далёких, тусклых галактик. На изображениях можно было различить около 3000 отдельных галактик, среди которых отчетливо видны как неправильные, так и спиральные галактики, хотя некоторые галактики в поле зрения занимают всего несколько пикселей. В целом, считается, что в HDF содержится менее двадцати галактических звезд переднего плана; подавляющее большинство объектов в поле зрения – далёкие галактики.

Последующая многочастотность

Объекты с очень высоким красным смещением (галактики Лаймана) не видны в видимом свете и обычно обнаруживаются в инфракрасных или субмиллиметровых обзорах HDF. Инфракрасные наблюдения также проводились с помощью космического телескопа "Спитцер". Субмиллиметровые наблюдения поля выполнялись с помощью SCUBA на телескопе Джеймса Клерка Максвелла, первоначально было обнаружено 5 источников, однако с очень низким разрешением. Рентгеновские наблюдения, выполненные с помощью рентгеновской обсерватории "Чандра", выявили шесть источников в HDF, которые соответствовали трем эллиптическим галактикам, одной спиральной галактике, одному активному галактическому ядру и одному чрезвычайно красному объекту, предположительно, далекой галактике, содержащей большое количество пыли, поглощающей ее синее излучение. Радиоизображения, полученные с помощью VLA, показали семь радиоисточников в HDF, все из которых соответствуют галактикам, видимым на оптических изображениях. Поле также было обследовано с помощью радиотелескопа Westerbork Synthesis и радиоинтерферометра MERLIN на частоте 1,4 ГГц; комбинация карт VLA и MERLIN, полученных на длинах волн 3,5 и 20 см, позволила обнаружить 16 радиоисточников в поле HDF N и множество других в соседних полях.

Последующие наблюдения HST

В 1998 году был создан аналог HDF в южном небесном полушарии: HDF South (HDF S). Созданный с использованием схожей стратегии наблюдений, он подтверждает космологический принцип о том, что Вселенная в самых больших масштабах однородна. В обзоре HDF S использовались инструменты Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) и Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS), установленные на космическом телескопе HST в 1997 году. Область первоначального глубокого поля Хаббла (HDF N) впоследствии неоднократно наблюдалась с помощью WFPC2, а также инструментов NICMOS и STIS, вплоть до завершения проекта Hubble eXtreme Deep Field в 2012 году. Изображения из Extreme Deep Field, или XDF, были опубликованы 26 сентября 2012 года для ряда средств массовой информации. Изображения, представленные в XDF, демонстрируют галактики, которые, как полагают, сформировались в первые 500 миллионов лет после Большого взрыва.