Co kryje się za każdym stopniem kwadratowym w przestrzeni kosmicznej?

Droga Mleczna, widziana w Obserwatorium La Silla, jest oszałamiającym i inspirującym widokiem dla każdego i zapewnia niesamowity widok wielu gwiazd w naszej galaktyce. Chociaż z pewnością istnieją regiony, takie jak te w centrum naszej galaktyki, które są gęściej zaludnione niż inne, średni „kwadratowy stopień” na niebie zawiera około 10 milionów gwiazd z Drogi Mlecznej.

Na tym zdjęciu nocnego nieba nad Bardzo Dużym Teleskopem Paranal pokazano ramię i rękę skali kątowej. Okrągły paznokieć małego palca zajmuje na niebie około jednego stopnia kwadratowego, podczas gdy odległość kątowa między małym palcem a palcem wskazującym wynosi około 12 stopni: wielkość, o jaką księżyc wydaje się przesuwać na niebie z nocy na noc.

Logarytmiczna koncepcja artysty widzialnego wszechświata. Układ Słoneczny ustępuje Drodze Mlecznej, która ustępuje pobliskim galaktykom, które następnie ustępują miejsca rozległej strukturze i gorącej, gęstej plazmie podmiejskiego Wielkiego Wybuchu. Każda linia widzenia, którą możemy obserwować, zawiera wszystkie te epoki.

Pełny widok nieba Gai na Drogę Mleczną i sąsiednie galaktyki. Mapy pokazują całkowitą jasność i kolor gwiazd (na górze), całkowitą gęstość gwiazd (w środku) oraz pył międzygwiazdowy wypełniający galaktykę (na dole). Zwróć uwagę, że na stopień kwadratowy przypada średnio około 10 milionów gwiazd, ale niektóre regiony, takie jak płaszczyzna galaktyki lub centrum galaktyki, mają znacznie większą gęstość gwiazd niż ogólna średnia.

Chociaż niektóre regiony w kosmosie są bogate w pobliskie galaktyki, podczas gdy inne są stosunkowo ubogie, każdy kawałek nieba pozwala nam wyłapywać obiekty z różnych odległości, o ile nasze obserwacje są wystarczająco czułe, aby je wykryć. Bliższe i jaśniejsze rzeczy są najłatwiejsze do analizy, ale cała kosmiczna historia jest opowiedziana na całym niebie.

Głębokie Pole Hubble’a (XDF) mogło zaobserwować obszar nieba tylko 1/32 000 000 całości, ale był w stanie wykryć masywne 5500 galaktyk w jego obrębie: szacunkowo 10% całkowitej liczby galaktyk w rzeczywistości ten ołówek w kształcie belki. Pozostałe 90% galaktyk jest albo zbyt słabych, zbyt czerwonych, albo zbyt ciemnych, aby Hubble mógł je wykryć, ale kiedy przeprowadzamy ekstrapolację na cały widzialny wszechświat, spodziewamy się uzyskać łącznie 2 biliony galaktyk.

Mniej galaktyk jest widocznych w pobliżu i na dużych odległościach niż przeciętne galaktyki, ale jest to spowodowane kombinacją zarówno ewolucji, jak i ograniczeń obserwacyjnych. Z biegiem czasu galaktyki łączą się, rosną i ewoluują, ale odległe i słabe galaktyki pozostają poza możliwościami obserwacji Hubble’a. Przyszłe obserwatoria, zarówno na Ziemi, jak iw kosmosie, ujawnią to, czego Hubble na razie nie był w stanie nam pokazać.

Galaktyki, które można porównać do obecnej Drogi Mlecznej, są liczne w czasie kosmicznym, obecnie przybierając na sile i bardziej wyrafinowaną strukturę. Kiedy galaktyki są młodsze, bardziej niebieskie, bardziej chaotyczne, bogatsze w gaz i mają mniejszą gęstość ciężkich pierwiastków niż ich współczesne odpowiedniki.

Księżyc w pełni zajmuje na niebie około 0,2 stopnia kwadratowego, co oznacza, że ​​do wypełnienia jednego kwadratu potrzeba około pięciu z nich. Jednak Ultragłębokie Pole Hubble’a jest znacznie mniejsze i zajęłoby około 776 z nich, aby pokryć jeden stopień kwadratowy nieba.

Badanie COSMOS-Web (przemianowane z COSMOS-Webb, gdzie badana będzie część kosmicznej sieci) zlokalizuje 0,6 stopnia kwadratowego nieba — w obszarze trzech księżyców w pełni — przy użyciu bliskiej podczerwieni Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba Instrument (NIRCam), z mapowaniem do kwadratu mniejszego 0,2° przy użyciu instrumentu Mid-Infrared (MIRI). Niewątpliwie ujawni wiele słabych i odległych galaktyk, których Hubble nie mógł zaobserwować, i powinno pomóc nam wyjaśnić, jak powstał wszechświat.

Część Hubble eXtreme Deep Field sfotografowana przez 23 dni, w przeciwieństwie do symulowanego widoku przewidywanego przez Jamesa Webba w podczerwieni. Przy spodziewanym polu COSMOS-Web wynoszącym 0,6 stopnia kwadratowego powinien wykryć prawie 500 000 galaktyk w bliskiej podczerwieni, ujawniając szczegóły, których żadne obserwatorium nie było jeszcze w stanie zobaczyć. Podczas gdy NIRcam zapewnia najlepsze obrazy, narzędzie MIRI może generować najbardziej szczegółowe dane.

Wzdłuż każdej linii widzenia znajdują się odległe obiekty tła, takie jak galaktyki i kwazary, których światło nieuchronnie przechodzi przez chmury gazu. Kiedy tak się dzieje, można wywnioskować zawartość pierwiastków, gęstość i proporcje poszczególnych pierwiastków oraz temperaturę substancji wewnątrz. Mniejsze, mniej zmanipulowane obłoki gazu pokazują, jak ewoluował proces powstawania wszechświata w czasie.

W dowolnym momencie naszej kosmicznej historii każdy obserwator doświadczyłby regularnej „kąpieli” wielokierunkowego promieniowania, które ponownie pojawiło się w Wielkim Wybuchu. Obecnie, naszym zdaniem, temperatura wynosi tylko 2,725 K powyżej zera absolutnego i dlatego jest obserwowana jako tło fal kosmicznych, osiągające szczyt w zakresie częstotliwości mikrofalowych. Przy dużych odległościach kosmicznych, gdy spojrzymy wstecz w czasie, temperatura ta była wyższa w zależności od przesunięcia ku czerwieni obserwowanego odległego obiektu.

Ten widok około 0,15 stopnia kwadratowego przestrzeni ujawnia wiele obszarów, w których duża liczba galaktyk skupia się w czasie kosmicznym w skupienia i włókna, z dużymi przerwami lub pustkami, które je oddzielają. Ten obszar przestrzeni jest znany jako ECDFS, ponieważ przedstawia tę samą część nieba, którą wcześniej sfotografowano przez Extended Chandra Deep Field South: pionierski obraz rentgenowski tej samej przestrzeni.