How big is Odległość do HDF?

Hubble Deep Field, czyli Głębokie Pole Hubble'a, to zdjęcie niewielkiego, niemal pustego skrawka nieba, wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a w 1995 roku. Widać na nim około 3000 galaktyk w wielu różnych odległościach. Najdalsze z nich, o odległościach potwierdzonych do 2000 roku, widać dzięki światłu, które wyruszyło około 12,8 miliarda lat temu i przebyło około 12,8 miliarda lat świetlnych (rok świetlny, czyli odległość, jaką światło pokonuje w ciągu roku), zanim dotarło do Ziemi. Ponieważ Wszechświat od tamtej pory się rozszerzył, galaktyki te są teraz oddalone o około 27 miliardów lat świetlnych.

Odległość

Nie ma jednej odległości do Hubble Deep Field. Zdjęcie ukazuje przestrzeń widzianą wzdłuż wąskiego tunelu, a galaktyki na zdjęciu leżą w każdej odległości wzdłuż tego tunelu. Astronomowie ustalają, jak daleko jest galaktyka, na podstawie jej przesunięcia ku czerwieni, czyli miary tego, jak bardzo rozszerzanie się Wszechświata rozciągnęło jej światło. Większe przesunięcie ku czerwieni oznacza, że światło wyruszyło dawniej.

Do 2000 roku astronomowie zmierzyli około 150 przesunięć ku czerwieni w głównym polu, od 0,089 do 5,60. Dwie najdalsze galaktyki, o przesunięciu ku czerwieni 5,34 i 5,60, najpierw wytypowano na podstawie ich barw, a w 1998 roku potwierdzono ich odległość. Większość galaktyk na zdjęciu świeci zbyt słabo, by w ten sposób dało się zmierzyć ich przesunięcie ku czerwieni.

Aby przeliczyć przesunięcie ku czerwieni na odległość, potrzebny jest model rozszerzania się Wszechświata. Przy wartościach zmierzonych przez satelitę Planck światło o przesunięciu ku czerwieni 5,60 wyruszyło około 12,8 miliarda lat temu, gdy Wszechświat miał około 1 miliarda lat. Przestrzeń rozciągała się w czasie podróży tego światła, dlatego galaktyka, która je wysłała, jest teraz oddalona o około 27 miliardów lat świetlnych. Według tego samego modelu najbliższe galaktyki w polu, o przesunięciu ku czerwieni 0,089, są oddalone o około 1,3 miliarda lat świetlnych.

Porównania rozmiarów

Hubble Deep Field obejmuje skrawek nieba o mniej więcej tej samej szerokości co amerykańska moneta dziesięciocentowa widziana z odległości 23 metrów.
Ten skrawek ma około jednej trzynastej szerokości Księżyca w pełni. Do pokrycia całego nieba potrzeba by około 28 milionów zdjęć tego samego rozmiaru.
Światło z Wielkiej Ściany Herkulesa-Korony Północnej, proponowanej struktury o przesunięciach ku czerwieni 1,6–2,1, wyruszyło około 10 miliardów lat temu. To około 2–3 miliardów lat później niż światło z najdalszych potwierdzonych galaktyk w Hubble Deep Field.
Krawędź Wszechświata obserwowalnego jest dziś oddalona o około 46 miliardów lat świetlnych. Galaktyka o przesunięciu ku czerwieni 5,60, oddalona teraz o około 27 miliardów lat świetlnych, jest nieco dalej niż w połowie drogi do tej krawędzi.

Jak powstało zdjęcie

Robert Williams, ówczesny dyrektor Space Telescope Science Institute, przeznaczył na ten projekt dużą część własnego przydziału czasu pracy teleskopu. Jego zespół wybrał miejsce w pobliżu dyszla Wielkiego Wozu, w gwiazdozbiorze Wielkiej Niedźwiedzicy, z dala od zatłoczonej płaszczyzny Drogi Mlecznej. Hubble wykonał tam 342 ekspozycje w ciągu dziesięciu dni, od 18 do 28 grudnia 1995 roku.

Ekspozycje wykonano w świetle ultrafioletowym, niebieskim, czerwonym i podczerwonym i połączono w jedno barwne zdjęcie. Większość galaktyk jest około czterech miliardów razy słabsza, niż może dostrzec ludzkie oko. Pole uznaje się za reprezentatywne dla całego nieba, ponieważ Wszechświat wygląda w każdym kierunku mniej więcej tak samo.

Głębsze pola

W 1998 roku Hubble powtórzył projekt na niebie południowym: powstało Hubble Deep Field South w gwiazdozbiorze Tukana. W 2004 roku Hubble Ultra Deep Field, oparte na ekspozycjach o łącznym czasie miliona sekund, pokazało około 10 000 galaktyk. Jego obrazy sięgnęły do niektórych z pierwszych galaktyk, które powstały po Wielkim Wybuchu.