Мало хто телескопи можуть похвалитися таким вагомим внеском в астрономічні дослідження, як космічний телескоп «Хаббл».
За допомогою «Хаббла» було скоєно 10 найважливіших відкриттів в астрономії. За останні роки, разом з іншими обсерваторіями, «Хаббл» виявив два нових супутника Плутона, несподівано (і парадоксально) - велику галактику в дуже молодому Всесвіті, а також супутник з масою планети у коричневого карлика, що важить не набагато більше самої планети. Нам вдалося уточнити характеристики Всесвіту, які колись існували лише в нашій уяві.
1. Зіткнення з кометою
За космічними масштабами зіткнення комети Шумейкер-Леві 9 з Юпітером було рядовою подією: всіяні кратерами поверхні планет і їх супутників показують, що Сонячна система - справжній тир. Але в масштабі життя людини з такою подією можна зіткнутися лише одного разу: в середньому комета врізається в планету раз в тисячу років.
Сліди зіткнень допомагають з'ясувати склад газового гіганта. Від кожного з них хвилі розбігалися зі швидкістю 450 м / сек. Судячи з усього, це «важкі» хвилі, пружність в яких створюється силою плавучості. Характер поширення хвиль вказує, що ставлення кисню до водню в атмосфері Юпітера може бути в 10 разів більше, ніж на Сонці. Однак якщо Юпітер сформувався в результаті гравітаційної нестійкості первинного газопилового диска, то його склад повинен бути таким же, як у диска, тобто відповідати хімічним складом Сонця. Це протиріччя так і залишається нерозгаданим.
2. позасонячних планет
Дослідники зосередилися на тих планетах, орбітальні площині яких орієнтовані уздовж нашого променя зору. Спостереження «Хабблом» першого з виявлених проходжень супутника зірки HD 209458 дало найбільш повну інформацію про планету поза Сонячною системою. Вона на 30% легше Юпітера, але при цьому на стільки ж більше його в діаметрі, можливо, тому, що випромінювання близької зірки змусило її роздутися. Дані «Хаббла» досить точні, щоб виявити широкі кільця і масивні супутники, але їх не виявилося. «Хаббл» вперше визначив хімічний склад планети поблизу іншої зірки. В її атмосфері містяться натрій, вуглець і кисень, а водень випаровується в простір, створюючи кометообразний хвіст. Ці спостереження - предтеча пошуків хімічних ознак життя в далеких куточках Галактики.
3. Агонія зірок
На відміну від своїх більш потужних побратимів, зірки типу Сонця вмирають елегантніше, скидаючи свої зовнішні газові шари поступово, без вибуху. Це триває близько 10 тис. Років. Коли гаряче центральне ядро зірки оголюється, воно своїм випромінюванням ионизует викинутий газ, змушуючи його світитися яскраво-зеленим (іонізований кисень) і червоним (іонізований водень). В результаті виникає планетарна туманність. Сьогодні їх відомо близько 2 тис. «Хаббл» показав їх надзвичайно складні форми в найтонших деталях. У деяких туманностях спостерігається кілька концентричних кіл, схожих на бичаче око, що свідчить про епізодичному, а не безперервному викиді газу. Причому передбачуваний час між двома викидами становить приблизно 500 років, що занадто довго для динамічних пульсацій (при яких зірка стискається і розширюється в результаті протиборства гравітації і газового тиску) і занадто швидко для теплових пульсацій (при яких зірка виходить з рівноважного стану). Справжня ж природа спостережуваних кілець залишається неясною.
4. Космічне народження
Пилові диски, схожі на потворних амеб, оточують зірки, що формуються в туманності Оріона. Площа кожного зображення - 2040 а.о. 2 Фото NASA, J.Bally (University of Colorado, Boulder, CO), H.Throop (Southwest Research Institute, Boulder, CO), C.R.O'Dell (Vanderbilt University, Nashville, TN) з сайту hubblesite.org
Встановлено, що вузькі і швидкі струмені газу свідчать про народження зірки. Формуючись, вона може викинути дві тонкі струменя довжиною в кілька світлових років. Згідно з однією з гіпотез, великомасштабне магнітне поле пронизує газопилової диск, навколишній молоду зірку. Іонізованних речовина, вимушене текти уздовж магнітних силових ліній, нагадує намистини на поворотній нитці. Спостереження «Хаббла» підтвердили теоретичний прогноз, згідно з яким струменя народжуються в центрі диска.
У той же час дані, отримані «Хабблом», спростували інше припущення, що стосувалося навколозоряних дисків. Вважалося, що вони сидять так глибоко в батьківському хмарі, що побачити їх неможливо. «Хаббл» ж виявив з дюжину протопланетних дисків - проплідов, часто помітних у вигляді силуету на тлі туманності. Принаймні половина вивчених молодих зірок володіє такими дисками, що свідчать про те, що сировини для формування планет в Галактиці достатньо.
5. Галактична археологія
Астрономи вважають, що великі галактики, такі як Чумацький Шлях і наша сусідка Туманність Андромеди, виросли, поглинаючи дрібні галактики. Ознаки «галактичного канібалізму» повинні бути помітні по розташуванню, віком, складом і швидкостям входять до них зірок. Завдяки спостереженням «Хаббла» за зоряним гало (слабким сферичним хмарою зірок і зоряних скупчень навколо основного галактичного диска) Туманності Андромеди, дослідники виявили, що в гало входять розрізняються за віком зірки: у найстаріших вік сягає 11-13,5 млрд років, а у самих юних - 6-8 млрд років. Останні, мабуть, випадково забрели сюди з якоїсь молодої галактики (наприклад, з поглиненої галактики-супутника) або ж з більш ранньої області самої Андромеди (наприклад, з диска, якщо частина його зруйнувалася при близькому проходженні невеликої галактики або зіткненні з нею ). У гало нашої галактики немає помітного числа відносно молодих зірок. Так що при всій схожості форми Туманності Андромеди і Чумацького Шляху, як показують спостереження «Хаббла», історії двох галактик значно відрізняються один від одного.
6. Надмасивні чорні діри
З 1960-х років астрономи отримали докази того, що джерелом енергії квазарів і інших активних ядер галактик служать гігантські чорні діри, захоплюючі навколишнє їх речовина. Спостереження «Хаббла» підтверджують цю теорію. Майже у кожної детально спостерігалася галактики знайшлися вказівки на заховану в її центрі чорну діру. Особливо важливими виявилися дві обставини. По-перше, зображення квазарів, отримані з високим кутовим дозволом, показали, що вони розташовуються в яскравих еліптичних або взаємодіючих галактиках. Це говорить про те, що потрібні особливі умови, щоб живити центральну чорну діру. По-друге, маса гігантської чорної діри тісно корелює з масою сферичного зоряного балджа (згущення), навколишнього галактичний центр. Кореляція свідчить про те, що формування і еволюція галактики і її чорної діри тісно пов'язані.
7. Найпотужніші вибухи
Гамма-сплески - короткі спалахи гамма-випромінювання, що тривають від кількох мілісекунд до десятків хвилин. Їх поділяють на два типи в залежності від їх тривалості. Кордоном вважаються приблизно 2 секунди; в більш тривалих спалахи утворюються менш енергійні фотони, ніж в більш коротких. Спостереження, проведені Комптонівське гамма-обсерваторією, рентгенівським супутником BeppoSAX і наземними обсерваторіями, дозволили припустити, що тривалі спалахи виникають при колапсі ядер масивних короткоживучих зірок, іншими словами, - зірок типу наднової. Але чому лише мала частка наднових дає гамма-сплески?
«Хаббл» виявив: незважаючи на те, що у всіх областях зореутворення в галактиках спалахують наднові, тривалі гамма-сплески сконцентровані в найбільш яскравих областях, як раз там, де зосереджені найпотужніші зірки. Більш того, тривалі гамма-сплески найчастіше виникають в невеликих, неправильних, бідних важкими елементами галактиках. І це важливо, оскільки дефіцит важких елементів в масивних зірках робить їх зоряний вітер менш потужним, ніж у зірок, багатих на важкі елементи. Тому протягом життя бідні важкими елементами зірки зберігають велику частину своєї маси і, коли приходить час вибухати, вони виявляються більш масивними. Колапс їх ядер призводить до освіти не нейтронної зірки, а чорної діри. Астрономи вважають, що тривалі гамма-сплески викликані тонкими струменями, викинутими швидко обертаються чорними дірами. Вирішальними факторами для того, щоб колапс ядра зірки викликав потужний гамма-сплеск, є маса і швидкість обертання зірки в момент її смерті.
Ототожнення коротких гамма-сплесків виявилося складнішим. Тільки в останні роки кілька таких подій відбулося завдяки супутникам HETE 2 і Swift. «Хаббл» і рентгенівська обсерваторія «Чандра» встановили, що енергія таких спалахів слабкіше, ніж тривалих, і виникають вони в абсолютно різних типах галактик, включаючи і еліптичні галактики, де зірки зараз майже не формуються. Схоже, що короткі спалахи пов'язані не з масивними, короткоживущими зірками, а з залишками їх еволюції. Згідно найбільш популярної гіпотези, короткі гамма-сплески виникають при злитті двох нейтронних зірок.
8. Край Всесвіту
Одна з фундаментальних завдань астрономії - дослідити розвиток галактик і їх предків в тимчасовому інтервалі, максимально наближеному до моменту Великого вибуху. Щоб зрозуміти, як виглядав колись наш Чумацький Шлях, дослідники вирішили отримати зображення галактик різного віку - від наймолодших до найстарших. З цією метою, щоб зафіксувати найбільш далекі (а значить, найдавніші) галактики, «Хаббл» спільно з іншими обсерваторіями отримав з тривалими експозиціями зображення декількох маленьких ділянок неба: глибокі знімки «Хаббла», сверхглубокий знімок «Хаббла» і глибокий огляд великих обсерваторій «Походження».
Надчутливі знімки показують галактики у Всесвіті, коли їй було лише кілька сотень мільйонів років, що становить всього 5% від її нинішнього віку. Тоді галактики були менше розміром і мали менше правильну форму, ніж тепер, що і слід було очікувати, якщо сучасні галактики утворювалися шляхом злиття маленьких галактик (а не шляхом розпаду більших). Створюваний зараз космічний телескоп «Джеймс Уебб», спадкоємець «Хаббла», зможе проникнути в ще більш далекі епохи.
Глибокі знімки дозволяють також простежити, як змінювалася інтенсивність зореутворення у Всесвіті від епохи до епохи. Схоже, що вона досягла свого піку приблизно 7 млрд років тому, а потім поступово ослабла приблизно в десять разів. В молодості Всесвіту (тобто у віці 1 млрд років) швидкість зореутворення вже була велика і становила 1/3 її максимального значення.
9. Вік Всесвіту
Спостереження Едвіна Хаббла і його колег в 1920-і роки показали, що ми живемо у Всесвіті. Галактики розбігаються один від одного так, як ніби-то простір Всесвіту рівномірно розтягується. Постійна Хаббла (H0), яка вказує сучасну швидкість розширення, дозволяє визначити вік Всесвіту. Пояснення просте: постійна Хаббла - це швидкість розбігання галактик, тому, якщо знехтувати прискоренням і гальмуванням, величина, зворотна H0. дає час, коли всі галактики були поруч. Крім того, значення постійної Хаббла відіграє визначальну роль для зростання галактик, формування легких елементів і встановлення тривалості фаз космічної еволюції. Тож не дивно, що точне вимірювання постійної Хаббла було з самого початку основною метою однойменного телескопа.
На практиці для визначення даної величини потрібно виміряти відстані до найближчих галактик, а це набагато важче завдання, ніж вважалося в XX столітті. «Хаббл» детально дослідив цефеїди - зірки з характерними пульсаціями, періоди яких вказують на їх істинний блиск, а значить, і на відстань до них, - в 31 галактиці. Точність отриманого значення постійної Хаббла склала близько 10%. У сукупності з результатами вимірювань реліктового випромінювання це визначає вік Всесвіту - 13,7 млрд років.