Τελευταία "Αναγέννηση" του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble

Δρ. Χρ. Παπαδημητρίου Ινστιτούτο Αστρονομίας και Αστροφυσικής, Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών

Οι επιστήμονες της ΝΑΣΑ παρουσίασαν στις αρχές Σεπτεμβρίου τις πρώτες εικόνες από το πρόσφατα επισκευασμένο διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble που προέρχεται από τη διεθνή συνεργασία της NASA και της ESA.

Οι αστροναύτες του διαστημικού λεωφορείου Atlantis αναβάθμισαν το προβληματικό τηλεσκόπιο τον περασμένο Μάιο, ανακαινίζοντας το για τελευταία φορά και παρατείνοντας με αυτόν τον τρόπο το χρόνο ζωής του για μία ακόμα περίπου δεκαετία. Είχαν προηγηθεί τους προηγούμενους τρεις μήνες μια σειρά από δοκιμές από τους επιστήμονες και τους μηχανικούς του Space Telescope Science Institute (STScI) και του κέντρου διαστημικών πτήσεων Goddard Space Flight Center. Οι διαδικασίες επισκευής και αναβάθμισης διακόπηκαν απότομα στις 19 Ιουλίου για να παρατηρηθεί η σύγκρουση ενός κομήτη με τον πλανήτη Δία.

Το τηλεσκόπιο Hubble είναι πλέον έτοιμο να εκτελέσει πλήρεις  επιστημονικές παρατηρήσεις. Οι αστρονόμοι ανυπομονούν να χρησιμοποιήσουν το τηλεσκόπιο και να μελετήσουν ανάμεσα σε άλλα θέματα, τον πληθυσμό της ζώνης Kuiper στα όρια του ηλιακού μας συστήματος, την γέννηση πλανητών σε άλλους αστέρες και τη διερεύνηση της δομής των ατμοσφαιρών των εξωηλιακών πλανητών. Υπάρχουν φιλόδοξα σχέδια για τη χαρτογράφηση στο κοντινό υπέρυθρο των βαθύτερων περιοχών του σύμπαντος, όπου θα αποκαλυφθούν γαλαξίες στα πρώτα στάδια της δημιουργίας τους, όταν το σύμπαν είχε ηλικία λιγότερο από 500 εκατομμύρια χρόνια. Άλλες προγραμματισμένες παρατηρήσεις έχουν ως στόχο να ρίξουν φως στη συμπεριφορά της σκοτεινής ενέργειας, μιας απωθητικής δύναμης που είναι η αιτία για την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος.

Στα νέα όργανα που τοποθετήθηκαν στο διαστημικό τηλεσκόπιο περιλαμβάνεται ο Φασματογράφος «Κοσμικής Απαρχής» (Cosmic Origins Spectrograph - COS) που έχει ως κύριο στόχο να χαρτογραφήσει την κατανομή των γαλαξιών στο σύμπαν. Το επιστημονικό αυτό όργανο θα συλλέξει το υπεριώδες φως των λαμπρών κβάζαρς που λάμπουν ανάμεσα στον κοσμικό ιστό των γαλαξιών και η φασματοσκοπική μελέτη θα αποκαλύψει τη σύνθεση αυτών των αστρονομικών σωμάτων. Η Φωτογραφική Μηχανή Ευρέως Πεδίου 3 (Wide Field Camera 3 - WFC3) αντικατέστησε την παλαιότερη φωτογραφική μηχανή (Wide Field and Planetary Camera 2) και παράγει ήδη συναρπαστικές φωτογραφίες υψηλής ανάλυσης. Η Προηγμένη Φωτογραφική Μηχανή Χαρτογράφησης (Advanced Camera for Surveys) αναβαθμίστηκε τεχνολογικά και βελτιώθηκε η ευαισθησία της, ενώ ο Φασματογράφος Απεικόνισης του Διαστημικού Τηλεσκοπίου (Space Telescope Imaging Spectrograph - STIS) λειτουργεί και πάλι κανονικά. 

Οι αστρονόμοι της ΝΑΣΑ αναφέρουν πως όλα τα νέα όργανα λειτουργούν κανονικά και πως οι δυνατότητες του διαστημικού τηλεσκοπίου έχουν αυξηθεί κατά δέκα φορές περισσότερο. Μερικές από τις νέες εικόνες του τηλεσκοπίου παρουσιάζονται παρακάτω, αποδεικνύοντας ότι το τηλεσκόπιο Hubble έγινε καλύτερο από ποτέ.

Εικόνα 1. Μια εικονική πεταλούδα όπως προκύπτει από την εκτόξευση υλικού από τον  κεντρικό αστέρα στο πλανητικό νεφέλωμα NGC 6302 (ονομάζεται και νεφέλωμα της  πεταλούδας, στα αγγλικά Bug ή Butterfly Nebula). Τα «φτερά» της πεταλούδας  είναι γιγάντια καζάνια αερίου που βράζουν στους 20.000 βαθμούς Κελσίου κινούμενα με ταχύτητες που ξεπερνούν τα 900.000 χιλιόμετρα την ώρα. Στο κέντρο αυτής της  μανίας ο κεντρικός αστέρας, με μάζα περίπου εκείνης του Ηλίου, εξαπολύει στρώματα  αερίου και ακτινοβολίας σε μια δραματική κραυγή θανάτου. Η φωτογραφική μηχανή  WFPC3 έχει αποκαλύψει μια σύνθετη ιστορία των εκτινάξεων από τον κεντρικό αστέρα.  Αρχικά, ο κεντρικός αστέρας εξελισσόμενος σε κόκκινο γίγαντα έχασε τα εξωτερικά του στρώματα δημιουργώντας έναν εξωτερικό δακτύλιο. Παράλληλα, αέριο εκτινάσσεται  κάθετα με υψηλότερες ταχύτητες σχηματίζοντας τα «φτερά», ενώ ένα ρεύμα αστρικού  ανέμου από τον κεντρικό αστέρα τροποποιεί το σχήμα των «φτερών». Επιπλέον, το  υλικό που έχει πορεία επιστροφής προς τον κεντρικό αστέρα εμφανίζεται να βρίσκει  αντίσταση από τα εξωτερικά στρώματα του αστέρα. Η απόσταση του πλανητικού νεφελώματος είναι 3.800 έτη φωτός.

Εικόνα 3. Στη διπλανή εικόναΕικόνα 2. Ο Φασματογράφος «Κοσμικής Απαρχής» (COS) του τηλεσκοπίου Hubble δίνει τη δυνατότητα στους αστρονόμους να ανιχνεύουν στοιχεία και μόρια σε μακρινά αντικείμενα όπως είναι τα υπολείμματα ενός υπερκαινοφανούς (Supernova remnants). Με τη βοήθεια αυτού του φασματογράφου έγινε ανίχνευση ορισμένων στοιχείων στο αντικείμενο N132D που βρίσκεται στο μεγάλο νέφος του Μαγγελάνου και σχηματίστηκε μετά από μια μεγάλη έκρηξη ενός υπερκαινοφανούς πριν από περίπου 3.000 έτη. Ανιχνεύθηκε στο υπεριώδες φως, όπως και σε παλιότερες μελέτες, αέριο αποτελούμενο από άνθρακα και οξυγόνο που δεν έχει ακόμα αναμιχθεί με βρώμικο, σκονισμένο μεσοαστρικό αέριο. Επιπλέον, ανιχνεύθηκε άνθρακας, μαγνήσιο και πυρίτιο και ο φασματογράφος COS ήταν το πρώτο όργανο του Hubble που ήταν σε θέση να διακρίνει το αέριο που είχε ανιχνευθεί παλαιότερα από το αέριο που έχει αρχίσει να αναμιγνύεται με το υλικό του μεσοαστρικού χώρου. φαίνεται μια περιοχή του σφαιρωτού σμήνους Ω του Κενταύρου αποτελούμενη από 100.000 περίπου αστέρες. Το σφαιρωτό σμήνος στο σύνολο του αποτελείται από 10 εκατομμύρια αστέρες. Τα μέλη του σμήνους έχουν ηλικίες που κυμαίνονται μεταξύ 10 και 12 δισεκατομμυρίων ετών, έχουν κυρίως κίτρινο-λευκό χρώμα, ενώ τα γηραιότερα και πιο «κρύα» κόκκινο-πορτοκαλί. Τα μέλη που για διαφόρους λόγους είναι θερμότερα εμφανίζουν το χαρακτηριστικό κυανό χρώμα. Η νέα εικόνα φανερώνει τις ιδιαίτερες δυνατότητες απεικόνισης της Φωτογραφικής Μηχανής Ευρέως Πεδίου 3 (WFC3), με κάθε αστέρα να ξεχωρίζει στην εικόνα.

Εικόνα 4. Στο κέντρο του σπειροειδούς γαλαξία, με την ονομασία Markarian 817, βρίσκεται μια  τεράστια μελανή οπή με μάζα 40 εκατομμύρια ηλιακές μάζες (10 φορές μεγαλύτερη από τη  μάζα της μελανής οπής που βρίσκεται στο κέντρο του γαλαξία μας). Το 1997, το τηλεσκόπιο Hubble ανίχνευσε ένα μεγάλο νέφος αερίου να κατευθύνεται μακριά από το γαλαξία και με  διεύθυνση παρόμοια με εκείνη που ακολουθούν οι πίδακες εκπομπής από την κεντρική  μελανή οπή. Ο νέος φασματογράφος COS του τηλεσκοπίου Hubble, πήρε εικόνες από το γαλαξία που έδειξαν ότι αυτό το νέφος αερίου έχει εξαφανιστεί. Το αποτ έλεσμα αυτό είναι σημαντικό, διότι οι αστρονόμοι θέλουν να γνωρίζουν αν παρόμοια νέφη  που φαίνεται να απομακρύνονται από ένα γαλαξία, πέφτουν τελικά, ή όχι, πάνω στο  σπειροειδή δίσκο για να δημιουργήσουν περισσότερους αστέρες. Μελετώντας γαλαξίες  σαν το Markarian 817 μπορούν να υπολογίσουν πόσο μεγάλη μπορεί να είναι μια μελανή  οπή στο κέντρο ενός γαλαξία, ώστε το υλικό που εκτοξεύεται μέσω των πιδάκων εκπομπής  να κινηθεί με τέτοιες υψηλές ταχύτητες ώστε να διαφύγει τελείως από το γαλαξία,  αποτρέποντας τον περαιτέρω σχηματισμό αστέρων. Ο φασματογράφος COS είναι σε θέση  να εντοπίσει μέσω των φασματικών γραμμών τα στοιχεία και τα μόρια που αποτελούν τέτοια  νέφη αερίων

.

Εικόνα 5. Στη διπλανή εικόνα φαίνεται μια ομάδα γαλαξιών που έχει την ονομασία Stephan's Quintet. Τρεις από τους γαλαξίες αυτούς, επειδή βρίσκονται πολύ κοντά μεταξύ τους, αλληλεπιδρούν έντονα βαρυτικά, με αποτέλεσμα να παραμορφώνονται, ενώ επιπλέον, αυτή η αλληλεπίδραση έχει σαν αποτέλεσμα το σχηματισμό νέων αστέρων. Η εικόνα αυτή πάρθηκε στο ορατό και στο υπέρυθρο μέρος του φάσματος αποδεικνύοντας το μεγάλο εύρος της νέας Φωτογραφικής Μηχανής Ευρέως Πεδίου 3 (Wide Field Camera 3 - WFC3) και δίνοντας τη δυνατότητα να μελετηθούν οι αστρικοί πληθυσμοί σε διαφορετικές φάσεις της ηλικίας τους, ακόμα κι όταν αυτοί βρίσκονται σε πυκνά καλύμματα σκόνης που δεν αφήνουν τελικά να διαφύγει το ορατό φως.

Εικόνα 6. Οι λεγόμενες "κενές περιοχές" (voids) δεν είναι τελικά τόσο άδειες όσο πιστευόταν. Αποδεικνύεται ότι, στις απέραντες αυτές εκτάσεις υπάρχουν σκοτεινά διάχυτα νήματα αποτελούμενα από νέφη που καλούνται «κοσμικός ιστός» (cosmic web). Για να μελετήσουμε τα νέφη αυτά χρειαζόμαστε κάτι για να τα «φωτίσουμε». Το επιστημονικό όργανο COS έχει ανιχνεύσει φως από έναν μακρινό κβάζαρ, που βρίσκεται 6,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά και έχει την ονομασία PKS 0405-123, φιλτραρισμένο από το διάχυτο νέφος που βρίσκεται ανάμεσα σε μας και στο κβάζαρ. Έχουν ανιχνευθεί έως και πέντε φορές λιγότερο πυκνά νήματα υδρογόνου σε σχέση με προηγούμενες μετρήσεις που είχαν γίνει προς την ίδια κατεύθυνση. Εντοπίστηκε επίσης θερμό, διεγερμένο άζωτο και οξυγόνο. Η διέγερση αυτών των στοιχείων εικάζεται ότι μπορεί να προέρχεται από συγκρούσεις μεταξύ των νεφών του κοσμικού ιστού ή από την εκπομπή ακτινοβολίας από γαλαξίες σαν τον Markarian 817. Ο φασματογράφος COS είναι δέκα φορές πιο ευαίσθητος από οποιoδήποτε άλλο επιστημονικό όργανο που είχε ποτέ το τηλεσκόπιο Hubble δίνοντας τη δυνατότητα στους αστρονόμους να ανακαλύψουν χιλιάδες νέους κβάζαρς στο υπεριώδες φως. Κοιτάζοντας όλους αυτούς τους κβάζαρς σε όλη την έκταση του ουρανού, μπορούμε να σχηματίσουμε μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα της μεγαλύτερης δομής του κοσμικού ιστού.

Εικόνα 7. Η αναβαθμισμένη Προηγμένη Φωτογραφική Μηχανή Χαρτογράφησης  (Advanced Camera for Surveys) χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη του σμήνους γαλαξιών με την ονομασία Abell 370, που βρίσκεται 5 δισεκατομμύρια έτη φωτό ς μακριά και είναι από τα πρώτα σμήνη που εμφανίστηκε το φαινόμενο των βαρυτικών φακών . Όταν το βαρυτικό πεδίο του σμήνους στρεβλώνει το φως των γαλαξιών που βρίσκεται πίσω από αυτό, σχηματίζονται τόξα που αποτυπώνονται στις αστρονομικές εικόνες. Εστιάζοντας  στο κόκκινο τόξο που βρίσκεται στην πάνω αριστερή περιοχή της εικόνας (οι επιστήμονες του τηλεσκοπίου Hubble έδωσαν στο τόξο το όνομα Δράκος) αποκαλύφτηκαν νέες λεπτομέρειες για το μακρινό γαλαξία. Οι βαρυτικοί φακοί αποτελούν σημαντικό εργαλείο για τους αστρονόμους όταν αυτοί μελετάνε την κατανομή της σκοτεινής ύλης στα μεγάλα  σμήνη γαλαξιών, επειδή η κατανομή της μάζας μπορεί να υπολογισθεί από το μέγεθος της βαρυτικής επίδρασης του σμήνους που δρα ως βαρυτικός φακός.

Εικόνα 8. Ο Φασματογράφος Απεικόνισης του Διαστημικού Τηλεσκοπίου (Space Telescope  Imaging Spectrograph - STIS) χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη του αστέρα η (ήτα) της Τρόπιδος.  Ο αστέρας που καλύπτεται από νέφη που σχηματίζουν ένα διπλό λοβό γύρω από αυτόν,  έχει μάζα 100-150 φορές μεγαλύτερης εκείνης του Ηλίου και πιστεύεται ότι θα μετατραπεί  σε υπερκαινοφανή αστέρα. Βρίσκεται σε απόσταση 7.500 ετών φωτός μακριά. Το επιστημονικό όργανο STIS ανίχνευσε σίδηρο και άζωτο στις εξωτερικές άκρες των επεκτεινόμενων λοβών. Ανακαλύφθηκε, επίσης, το στοιχείο αργό στις περιοχές που  ο αστρικός άνεμος του αστέρα συγκρούεται με τον κατά πολύ ασθενέστερο αστρικό άνεμο  του συνοδού του.

Σημείωση:

Αν και η συμφωνία συνεργασίας μεταξύ της NASA και της ESA υπεγράφη στις 7 Οκτωβρίου του 1977, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble μπήκε σε τροχιά γύρω από τη Γη μόλις το 1990. Ως αποτέλεσμα της συμφωνίας αυτής είναι ότι οι ευρωπαίοι αστρονόμοι έχουν εγγυημένη πρόσβαση στο 15% του χρόνου παρατήρησης του τηλεσκοπίου.