Uno sguardo in una piccola parte del cielo, un grande balzo indietro nel tempo. Il telescopio Hubble ha fornito più profonda del genere umano, vista più dettagliata visibile dell’universo. Rappresentando una stretta vista “buco della serratura” che si estende fino all’orizzonte visibile dell’universo, il Deep immagine Campo Hubble copre un granello di cielo solo circa la larghezza di un centesimo 75 piedi di distanza. Anche se il campo è un campione molto piccolo dei cieli, è considerato rappresentativo della tipica distribuzione delle galassie nello spazio, perché l’universo, statisticamente, sembra in gran parte la stessa in tutte le direzioni. Guardando in questo campo piccolo, Hubble ha scoperto un assortimento sconcertante di almeno 1.500 galassie a vari stadi di evoluzione. THE DEEP PROGETTO CAMPO HUBBLE Una giustificazione scientifica fondamentale per la costruzione di Hubble Space Telescope è stato quello di usarlo per misurare le dimensioni e l’età dell’universo, provare le teorie sulla sua origine nel Big Bang, e valutare come la grande struttura possieda grandi filamenti di galassie. Viviamo all’interno di un universo in espansione e in evoluzione. Immagini di galassie distanti offrono indizi “fossili” di ciò che l’universo sembrava quando era una piccola frazione della sua età attuale. Evoluzione delle galassie. La comprensione è un prerequisito per affrontare questioni ancora più fondamentali circa l’espansione dello spazio e il destino ultimo dell’universo. Il progetto campo profondo di Hubble è stato ispirato da alcune delle prime immagini profonde inviate dal telescopio nel 1993 quando venne avviata una missione di manutenzione. Queste immagini hanno mostrato che l’universo primordiale contiene galassie in una sconcertante varietà di forme e dimensioni. Alcuni con le forme familiari ellittiche e a spirale, viste tra galassie normali, ma c’erano molte forme particolari non viste comunemente nell’universo locale. Tali immagini dell’universo precoce sono probabilmente uno dei lasciti duraturi del telescopio spaziale Hubble. Pochi astronomi si aspettavano di vedere quest’ attività presentate in dettaglio incredibile. La decisione Impressionato dai risultati di precedenti osservazioni come l’indagine Medio Hubble Deep, uno speciale comitato consultivo convocato da Robert Williams, direttore dello Space Telescope Science Institute (STScI), ha raccomandato di utilizzare una significativa frazione di tempo discrezionale, nella sua direttrice annuale, per prendere la più profonda immagine dell’universo, puntando Hubble per 150 orbite consecutive su un unico pezzo di cielo. La ricerca si fa come un servizio a tutta la comunità astronomica. Immagini del progetto campo profondo Hubble saranno messe a disposizione degli astronomi di tutto il mondo, dopo il completamento dell’osservazione. Il contesto scientifico Prendere la più profonda immagine è stato l’obiettivo per ogni telescopio spingendo le frontiere del potere di raccolta della luce, la risoluzione, o l’intervallo spettrale. Quando il grande telescopio da 200 pollici Hale sul monte Palomar è entrato in funzione, 50 anni fa, gli astronomi speravano di utilizzare tali osservazioni per fornire prove dirette di osservazione per verificare o confutare l’opinione prevalente che l’universo è in espansione, che lo spazio è “curvo” per gravità , come previsto dalla teoria di Einstein nella relatività generale. La curvatura terrestre può essere dimostrata con attenzione misurando lunghezze e angoli sulla sua superficie, dovrebbe essere possibile verificare che l’universo è curvato con una misurazione accurata della luminosità e delle dimensioni delle galassie. Ad esempio, se galassie erano tutte della stessa dimensione, e sono state distribuite uniformemente nello spazio, allora sarebbe possibile misurare la curvatura dello spazio semplicemente misurando le dimensioni apparenti e confrontando il numero di grandi galassie vicine al numero delle piccole galassie , quelle lontane. All’inizio degli anni ‘60, tali misurazioni sembravano a portata di mano di telescopi terrestri. E’emerso che questi test non sono così semplici come previsto. La luce che ci giunge oggi da galassie lontane miliardi di anni fa, li stiamo vedendo in un momento quando erano più giovani. Per eseguire prove geometriche sulla curvatura dell’universo, è essenziale saper come cambiano galassie quando invecchiano. Le idee più semplici per l’evoluzione galassia si basano su osservazioni di galassie vicine, le loro dimensioni apparenti, e la loro distribuzione nello spazio. Quindi una visione di galassie giovani e mancano modelli fondamentali di evoluzione della galassia, o del quadro dello stesso universo. Osservazioni negli anni ’70 e ’80 hanno mostrato che l’universo non è così semplice come prima si presumeva. Le galassie non sono distribuite a caso nel cielo, ma formano grandi ammassi, pareti e lenzuolate. Gli astronomi e i fisici si rendono conto che vedendo come si sono formate e sviluppate strutture di grandi dimensioni forniscono una chiave per l’origine dell’universo. La struttura dell’universo su larga scala può essere l’impronta su scala ridotta, o quantistica, per capire i processi che hanno agito subito dopo il Big Bang, quando l’universo era solo una zuppa di particelle subatomiche. Molto più tardi nella storia dell’universo, la struttura è stata dettata soprattutto dalla forza di gravità. In questa visione, l’attrazione gravitazionale in gran parte si esercitava tra le nuvole di “materia oscura” – particelle subatomiche che costituiscono la maggior parte della massa dell’universo. Le galassie si sono formate a più alte concentrazioni di materia oscura, come la schiuma sulle creste delle onde del mare. L’immagine di base è che l’universo si è formato nel Big Bang e che la struttura è cresciuta da primordiali fluttuazioni quantistiche. Tuttavia, gli astrofisici hanno molte varianti teoriche sul tema. Ad esempio, le diverse forme di materia oscura prevedono un carattere diverso delle onde e delle increspature nell’universo precoce. Altre teorie non comportano il Big Bang o fluttuazioni quantistiche. Per essere considerate di successo, le teorie cosmologiche debbono spiegare la distribuzione delle dimensioni, forme, colori e posizioni di galassie sia nell’universo vicino, sia a grandi distanze. L’Hubble Deep Field e altre osservazioni di Hubble permetteranno agli astronomi di compilare accurati cataloghi delle dimensioni, forme, colori e distanze di galassie molto deboli. Con queste osservazioni, gli astronomi hanno lo scopo di fornire una solida base di prova per “modelli del mondo” concorrenti. L’Hubble Deep Field :domande chiave astronomiche Quante galassie ci sono nell’ Universo? L’ Hubble Deep Field dovrà contare galassie dieci volte più deboli, e le più profonde esistenti secondo le osservazioni terrestri e quasi due volte più deboli, di quanto sono più profonde le immagini esistenti di Hubble. Al di là dei limiti di rilevazione delle singole galassie, gli astronomi studieranno il livello di fondo nelle immagini per cercare di dedurre la quantità di luce in più che c’è nelle galassie invisibili. Osservando attraverso quattro filtri di colore diverso, l’Hubble Deep Field fornisce un modo unico per distinguere galassie molto distanti da galassie vicine. L’idrogeno sia all’interno delle galassie lontane, e nello spazio intergalattico, assorbe una parte della luce ultravioletta delle galassie molto distanti. L’effetto cumulativo di assorbimento è di rendere queste galassie essenzialmente evanescenti nell’ultravioletto. Questa tecnica di ricerca di “drop-out” ultravioletti delle galassie è stato utilizzata con successo con telescopi a terra nel corso degli ultimi mesi, ma sarà un nuovo esperimento per Hubble, richiedendo un investimento maggiore di tempo di osservazione, normalmente assegnato a un singolo osservatore . Come evolve nell’ Universo la struttura a larga scala? L’Hubble Deep Field effettuerà uno studio statistico della distribuzione delle galassie sul cielo. Test fondamentale di modelli per la struttura dell’universo e le teorie di formazione delle galassie. Prevedere come dovrebbe variare con la luminosità (o le proprietà di altre galassie) è una sfida chiave per i modelli di formazione delle strutture. Le attuali osservazioni mostrano che le galassie tendono a raggrupparsi intorno alle altre galassie. Tuttavia, le più deboli galassie sono distribuite sulla quasi totalità del cielo. L’Hubble Deep Field spingerà tali studi al limite per le galassie più deboli. Come sono state assemblate le galassie? Studi dettagliati delle età e la composizione chimica delle stelle nella nostra galassia suggeriscono che ha condotto una vita relativamente tranquilla, formando stelle a un ritmo di un paio di soli un anno negli ultimi 10 miliardi di anni. Altre galassie a spirale sembrano avere storie simili. Se questa è la tipica evoluzione per le galassie a spirale, possono essere fatte previsioni per quello che era lo stato a metà della loro età attuale – tra cui dimensioni, colore e abbondanza. Queste informazioni, combinate con le distanze reali derivati da osservazioni spettroscopiche a terra, forniranno un nuovo test per le teorie delle galassie a spirale. L’altra classe principale di galassie osservate nelle vicinanze dell’universo è a forma ellittica, formando aggregati di stelle molto vecchie dove si fermò molto tempo fa la formazione di stelle. Non c’è attualmente molto dibattito su quando si sono formate queste galassie, se attraverso collisioni di altri tipi di galassie o attraverso collasso di una nube di gas primordiale incontaminato molto presto nell’universo in formazione. L’ Hubble Deep Field, insieme con altre immagini profonde di Hubble, fornisce un’istantanea nel tempo, che può essere utilizzata per la ricerca di lontane galassie ellittiche, o di galassie primordiali che potrebbero poi evolver in galassie ellittiche. L’Universo è aperto o chiuso? Un universo aperto espande sempre perché non contiene abbastanza materia (detta anche densità di massa). Lo spazio sarà negativamente curvo, come inizialmente descritto da Einstein nella sua legge della relatività generale. Un universo chiuso alla fine smette di espandersi, poi si contrae e , in ultima analisi, collassa in un buco nero. Nello spazio l’universo è descritto come curvatura positiva – l’universo si ripiega su se stessa e lo spazio è illimitato ma finito. La distribuzione delle galassie, secondo le immagini di campo profondo proposte da Hubble può dare indizi della curvatura dello spazio. I risultati sul campo profondo di Hubble saranno confrontati con i modelli che predicono come l’universo dovrebbe apparire se è aperto o chiuso. Se talune classi di galassie possono essere identificati, se le incertezze sull’ evoluzione sono piccole, quindi le dimensioni, luminosità e numero di esempi di queste deboli galassie possono essere paragonate alle proprietà locali si potrà stimare la curvatura cosmologica.
