Astronomen publiceren grootste nabij-infraroodafbeelding van Hubble-telescoop

Een internationaal team van wetenschappers heeft de grootste nabij-infraroodafbeelding gepubliceerd die de Hubble-telescoop ooit heeft gemaakt. Op de afbeelding zijn talloze zeer oude sterrenstelsels zichtbaar die interessante kandidaten voor de James Webb-telescoop kunnen zijn.

Sterrenstelsels uit de volledige afbeelding die tot 10 miljard jaar oud zijn

De afbeelding is het resultaat van het zogeheten 3D-DASH-project. Daarbij zijn de Wide Field Camera 3 en de Advanced Camera for Surveys van de Hubble Space Telescope ingezet om te komen tot een volledige nabij-infraroodstudie van het gehele Cosmos-veld. Cosmos staat hier voor Cosmological Evolution Survey en dat is de naam van het grootste Hubble-mozaïek van de hemel. Het is een van de rijkste datavelden voor het bestuderen van objecten van buiten de Melkweg. Het 3D-DASH-project bouwde voort op deze eerdere Cosmos-observaties.

Omdat Hubble een klein beeldveld heeft, zijn er veel waarnemingen en afbeeldingen nodig die samengevoegd moeten worden om te komen tot een studie van een groter gebied. Het eindresultaat is een gebied aan de hemel van 1,35 vierkante graden, ofwel een gebied dat iets groter is dan zes bij elkaar gevoegde volle manen aan de hemel, gezien vanaf de aarde.

Normaal gesproken had Hubble er 2000 uur over gedaan om te komen tot een afbeelding zo groot als het huidige eindresultaat, maar het onderzoeksteam gebruikte een nieuwe techniek genaamd Drift and Shift, of Dash. Volgens deze methode wordt een afbeelding gemaakt die acht keer groter is dan het normale beeldveld (0,04 x 0,04 graden) van de Wide Field Camera 3. Dat wordt bereikt door meerdere afbeeldingen te maken en die samen te voegen in een groot mozaïek, min of meer zoals een smartphonecamera doet bij het maken van een panorama. Deze Dash-techniek maakt ook dat de afbeeldingen sneller gemaakt worden: acht afbeeldingen per baan om de aarde, in plaats van één afbeelding. Dat betekende dat er in 250 uur werd bereikt waar normaal 2000 uur voor nodig zou zijn geweest. In totaal zijn er 1256 individuele afbeeldingen gebruikt om tot het volledige mozaïek te komen.

De onderzoekers benadrukken dat dit soort grote mozaïekafbeeldingen tot nu toe alleen mogelijk waren vanaf de grond, wat leidt tot een matige resolutie en daarmee beperkingen voor wat er geobserveerd kan worden. Volgens onderzoeker Lamiya Mowla was het 'extreem moeilijk' om de meest massieve sterrenstelsels, die gevormd worden door de fusie van twee stelsels, te bestuderen met bestaande afbeeldingen, mede omdat ze heel zeldzaam zijn. Dat was een van de motivaties om met dit grote project te beginnen.

Onder meer de Universiteit van Toronto heeft een selectie van waargenomen sterrenstelsels verzameld en samengevoegd in bovenstaande afbeelding. Dat is niet de volledige waarneming van het gebied. Deze waarneming kan worden bekeken op een speciale pagina waarin het volledige mozaïek staat en gebruikers onder meer kunnen in- en uitzoomen.

Dit record van het 3D-DASH-project zal nog wel enige tijd blijven bestaan, want de James Webb Space Telescope is vooral ontworpen voor meer gevoelige opnames van dichterbij. Deze nieuwe ruimtetelescoop zal dan ook vooral leiden tot meer gedetailleerde opnames van kleine gebieden. Vermoedelijk zal er pas een grotere afbeelding in het nabij-infrarode deel van het spectrum gemaakt gaan worden in het volgende decennium, bijvoorbeeld door NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope en ESA's Euclid. Deze telescopen hebben grotere blikvelden van 0,8 x 0,4 graden en 0,79 x 1,16 graden respectievelijk. De Europese telescoop moet in 2023 omhoog gaan en de Amerikaanse in 2027.

Een stukje van de hemel zoals gefotografeerd door 3D-DASH. Hierop zijn de helderste en zeldzaamste objecten in het universum te zien, zoals monstersterrenstelsels. Het volledige mozaïek is een stuk groter.

Reacties (33)

Even een correctie en aanvulling op het artikel!

Tldr: lees het dikgedrukte deel

Aardse telescopen hebben juist een betere resolutie dan Hubble omdat de grote aardse telescopen veel groter zijn dan Hubble en zelfs James Webb. De VLT is de grootste en heeft een vier telescopen met een spiegel diameter van 8.2 meter versus 2.4 meter van Hubble en 6.4 meter van Webb.

(Omdat de telescopen van de VLT op dezelfde locatie staan en "met elkaar verbonden" zijn kunnen ze zelfs ingezet worden als interferometer om een effectieve spiegel diameter geven van 200m.)

Resolutie is evenredig met spiegeldiameter. En vrijwel alle grote telescopen hebben CCD-sensoren met genoeg pixels dat de diffractie limiet (bepaald door de spiegeldiameter) bepalend is voor de resolutie (het is zelfs wenselijk dat je minstens 3*3 pixels hebt voor een enkele puntbron omdat dat het bepalen van helderheden nauwkeuriger maakt.)

Ruimtetelescopen zijn beperkt door hoeveel massa mee kan in een raket en moeten bovendien in een raket passen (of voorzien worden van een ingewikkeld uitklapsysteem zoals bij James Webb), daarom zijn deze spiegels vaak kleiner. Het gigantische voordeel van ruimtetelescopen is: er is geen lichtvervuiling in de ruimte wat een praktische ongelimiteerde gevoeligheid geeft voor lichtzwakke objecten (als je je exposure tijd maar lang genoeg maakt).

Ver weg gelegen sterrenstelsels zijn uiterst lichtzwak en dit is de reden dat het met Hubbles relatief kleine spiegel wel mogelijk is deze waar te nemen maar met aardse telescopen praktisch niet.

[Reactie gewijzigd door stephenskocpol op 9 juni 2022 00:16]

En vrijwel alle grote telescopen hebben CCD-sensoren met genoeg pixels dat de diffractie limiet (bepaald door de spiegeldiameter) bepalend is voor de resolutie (het is zelfs wenselijk dat je minstens 3*3 pixels hebt voor een enkele puntbron omdat dat het bepalen van helderheden nauwkeuriger maakt.

Een aanvulling op de aanvulling:
Ondank adaptive optics is de resolutie van telescopen op Aarde beperkt door 'seeing conditions' (turbulentie in de atmosfeer). Daarom worden observaties waarvoor de hoogst mogelijke nauwkeurigheid van positie en/of helderheid nodig is zoals detectie van exoplaneten en parallax metingen in de ruimte gedaan, en dat kan met relatief kleinere telescopen die qua diffractie limiet een aanzienlijk lagere resolutie hebben dan telescopen op Aarde. Alhoewel die observaties vanwege de relatief lage lichtgevoeligheid beperkt zijn tot nabijgelegen sterren.

mooie ontwikkeling weer! Ga zo door NASA!

Wat ik me wel afvraag (en die lui zijn slimmer dan ik dus dat hebben ze allang afgetikt):

- hoeveel van die stelsels staan 'dubbel' op dit soort foto's?
Want er zou in theorie een afbeelding kunnen zijn van 10 miljard jaar geleden en even verderop een versie van 1 miljard jaar geleden?
Of hoe werkt dat?

mooie ontwikkeling weer! Ga zo door NASA!

Wat ik me wel afvraag (en die lui zijn slimmer dan ik dus dat hebben ze allang afgetikt):

- hoeveel van die stelsels staan 'dubbel' op dit soort foto's?
Want er zou in theorie een afbeelding kunnen zijn van 10 miljard jaar geleden en even verderop een versie van 1 miljard jaar geleden?
Of hoe werkt dat?

Als er stelsels dubbel op de foto staan dan kan dat komen omdat ze bvb. meerdere keren in het blikveld van de telescoop zijn gekomen toen die opnames nam. (vb. dag x maakte telescoop foto's van een bepaald gedeelte en op dag xx maakte telescoop foto's van een aangrenzend gedeelte met een zekere overlap)

Op jouw manier zou het in theorie willen zeggen dat wij mensen plots een sprong van 9 miljard jaar hebben gemaakt tussen het maken van een foto van een 1 miljard jaar oud stelsel, en het maken van een foto van hetzelfde stelsel dat nu 10 miljard jaar oud is. Zo werkt het idd. niet.

We kunnen een stelsel niet verder zien "opgroeien" dan de periode waarin wij het kunnen waarnemen, dus binnen 10 jaar kunnen we datzelfde stelsel wel waarnemen wanneer het 10 miljard + 10 jaar oud is.

Zie het als 2 punten op een heel lange meetlat genaamd "tijd": jij (wij) staan op een bepaald punt, het sterrenstelsel staat op een bepaald punt, ver uit elkaar. Beiden lopen vooruit in de tijd maar ten opzichte van elkaar wijzigt de afstand niet (die wijzigt in feite wel*, maar niet snel genoeg om hetzelfde sterrenstelsel "plots" 9 miljard jaar jonger of ouder waar te nemen)

Onze positie in tijd loopt dus grosso-modo gelijk met de positie in tijd van het waargenomen stelsel, de positie -of de leeftijd van dat stelsel waarop wij het kunnen waarnemen- wordt bepaald door de afstand tussen ons, en het stelsel (en nog wat variabelen zoals zwaartekrachtlenseffect van massieve objecten tussen waarnemer en waargenomen object.)

Het is een beetje simplified en er komt nog wel wat meer bij kijken maar deze analogie gebruik ik graag omdat het ook op een duidelijke manier toont dat tijd en ruimte intrinsiek met elkaar verweven zijn...

*Het heelal is natuurlijk niet statisch, weten we al lang, ook objecten verplaatsen zich t.o.v. elkaar en t.o.v. ons, dit kan worden waargenomen door de fenomenen blueshift (komt dichterbij) of redshift (gaat van ons weg). afhankelijk van of het object dichterbij komt of verder weg gaat, verandert de frequentie van het licht dat het naar de waarnemer weerkaatst of uitstraalt (dopplerefect)

Het heeft er ook mee te maken dat je in de titel van het artikel leest "nabij-infraroodafbeelding". De verste objecten voor ons waarneembaar zitten veelal in het onzichtbare-licht spectrum en vermits de meesten daarvan nog steeds van ons weg gaan, zitten ze dus aan de infra-rood zijde van dat spectrum. Daarom ook dat ze een speciale camera nodig hadden om deze objecten te fotograferen.

(Neen, ik ben geen astronoom maar het is wel een heel klein beetje een hobby. )

[Reactie gewijzigd door PinusRigida op 8 juni 2022 16:49]

anderen hebben ook al globaal gezien hetzelfde gezegd maar ik reageer even op jou vanwege de uitgebreidere reactie
Ik had even een denkfout gemaakt inderdaad. Dan zou de Hubble 10 miljard jaar moeten gaan zitten loeren voor de latere beelden.
We zien nu inderdaad 1 beeld van de plek waar het stelsel 10 miljard jaar geleden stond.
Duh

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 421923 op 8 juni 2022 16:41]

Haha, ik typte m'n antwoord naar jou terwijl ik met andere dingen bezig was, daardoor zie ik pas nu, na je melding, nadat m'n pagina refreshte, dat ik alweer old news aan het preachen ben...


Compleet normaal ook om daar denkfouten in te maken, sommige dingen m.b.t. relativistische fysica en mechanica kunnen idd. nogal complex zijn. Neil Degrasse Tyson is één van de mensen die dit soort complexe materie ongelooflijk verstaanbaar kan brengen, als het je interesseert raad ik je z'n content zeker en vast aan! (YouTube staat er bvb. vol mee.)

[Reactie gewijzigd door PinusRigida op 8 juni 2022 16:46]

Neill ken ik zeer zeker

Ooit moet ik me nog eens dieper op dit soort materie gaan richten.
Nog even paar honderd euro sparen voor een wat betere telescoop.

Want er zou in theorie een afbeelding kunnen zijn van 10 miljard jaar geleden en even verderop een versie van 1 miljard jaar geleden?

Nee dat is niet mogelijk, tenzij dat sterrenstelsel door ruimte en tijd kan reizen, wat volgens de huidige kennis me sterk lijkt. Dat sterrenstelsel dat we 10miljard jaar terug de tijd in zien, is ondertussen daadwerkelijk vele miljarden lichtjaren verder.

Over het algemeen zal er niets dubbel op de foto's staan. De stelsels zijn dusdanig ver weg, dat het verschil in tijd tussen de foto's er niet voor zorgt dat hun posities anders worden. Deze foto's worden normaal gesproken handmatig aan elkaar geplakt voor 1 grote foto.

Nee dat is niet mogelijk

Het is wel mogelijk. Althans, het verschil tussen 1 en 10 miljard jaar geleden is wellicht wat te groot , maar door gravitational lensing is het weldegelijk mogelijk dat een sterrenstelsel meerdere keren op de foto staat, waarbij het licht voor een van de afbeeldingen een langere afstand heeft afgelegd dan die voor de andere afbeelding.

Hoewel technisch correct is het maximale tijds verschil tussen de verschillende afbeeldingen minimaal. Zeker niet voldoende om bv een ster of sterrenstelsel op verschillende momenten in zijn ontwikkeling te kunnen zien.

Edit: Maar het is wel een bruikbaar effect. Zie bv https://ned.ipac.caltech....ch04/Kochanek/frames.html

Edit2: Ah, ze hebben ook een tabel met gemeten tijdverschillen. Deze zijn in de orde tientallen tot maximaal een paar honderd dagen: https://ned.ipac.caltech....4/Kochanek/Kochanek5.html

[Reactie gewijzigd door jeroen94704 op 8 juni 2022 16:31]

Deze zijn in de orde tientallen tot maximaal een paar honderd dagen

Oh, dat is zelfs nog meer dan ik dacht . Ter goede orde, de zin "Althans, het verschil tussen 1 en 10 miljard jaar geleden is wellicht wat te groot " was natuurlijk sarcastisch en een behoorlijke understatement

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 8 juni 2022 16:37]

Waarom maakt het tijdsverschil uit? Je kan toch theoretisch een pad van het licht zo ombuigen dat het terug gaat waar het vandaan kwam. Dan kun je dus een lichtstraal direct naar de aarde hebben en een ander die eerst x jaar door de ruimte reist en dan om draait en op hetzelfde moment op aarde komt.

Wellicht dat zoiets in theorie kan, maar ik denk dat de omstandigheden om licht significant om te buigen zonder het te verstoren in de natuur niet voorkomen.

Zwarte gaten doen precies dit, dus extreem ombuigen van het licht. In princiepe kun je rondom een zwart gat het beeld zien van de hele ruimte gezien vauithet zwarte gat. Meerdere keren zelfs.
Ligt ook een beetje aan wat je bedoelt met 'verstoren'. De manier waarop zwaartekracht het licht 'verstoort' is goed te compenseren.

In princiepe kun je rondom een zwart gat het beeld zien van de hele ruimte gezien vauithet zwarte gat. Meerdere keren zelfs.

Dat gebeurt ook; een deel van de 'donut' zichtbaar op de EHT beelden van M87 en Sag-A* bestaat uit fotonen afkomstig vanuit het hele universum. Maar je ziet vele beelden over elkaar heen waardoor niets meer herkenbaar is, en het wordt overstemt door fotonen afkomstig van de accretion disk.

[Reactie gewijzigd door BadRespawn op 9 juni 2022 00:44]

Hmm,. zal dan ook wel te maken hebben met de eigenschappen van het zwart gat. Accretion disc is idd niet zo handig.

Ik was niet bewust dat inderdaad mogelijk was, maar toen ik het opzocht naar aanleiding van je post, vond ik wat interessant materiaal. En het is inderdaad mogeljk. Super interessant!

https://www.universetoday...-same-galaxy-three-times/

Zie ook https://en.wikipedia.org/wiki/Einstein_Cross, een quasar wiens licht om het centrum van een melkwegstelsel buigt en zo als vier verschillende punten op onze telescopen terecht komt.

Nee dat is niet mogelijk, tenzij dat sterrenstelsel door ruimte en tijd kan reizen,

Alles, maar dan ook echt alles in het hele bekende universum reist altijd non-stop door ruimte en tijd.

Dat sterrenstelsel dat we 10miljard jaar terug de tijd in zien, is ondertussen daadwerkelijk vele miljarden lichtjaren verder.

Nee, daarvoor zou dat sterrenstelsen dan dicht tegen de lichtsnelheid moeten bewegen. Dat doen die dingen niet.
Nou speelt hier ook nog de uitdijing van het universum mee als we naar echt verre sterrenstelsels kijken. Maar dat is een ander effect waarbij de ruimte zelf aan het toenemen is. Het is dan niet dat de sterrenstelsels zelf erg snel bewegen maar voor ons ziet het eruit alsof de sterrenstelsels die ver van ons afstaan zich erg snel van ons af bewegen.

[Reactie gewijzigd door koelpasta op 9 juni 2022 11:06]

Want er zou in theorie een afbeelding kunnen zijn van 10 miljard jaar geleden en even verderop een versie van 1 miljard jaar geleden?

Er is helemaal geen theorie die dit voorspelt.
De vraag is dus waarom je dit denkt.

Omdat de analogie wordt getrokken met het maken van een panorama foto. Wanneer iemand voorbij loopt bij het maken van een panorama foto, krijg je die persoon meerdere keren te zien op je foto.
Die gedachtegang is niet zo raar.

[Reactie gewijzigd door Edsger op 8 juni 2022 16:17]

Nee in principe niet, maar deze stelsels bewegen echt niet zoveel in de 250 uur waarin de foto's genomen zijn, en net zoals een panorama foto op je smartphone kunnen ze met software de losse metingen samenvoegen om dit te voorkomen.

sorry, verkeerd gebruik van het woord 'theorie'. Ik gebruikte m als zijnde volksmond, niet als wetenschappelijke theorie.

Ik maakte een denkfout. Ik zit altijd in tijdstippen te denken maar het is (naast die gravitational lensing) naturlijk niet mogelijk om zulke grote verschillen te hebben.
Het is mijn wishful thinking dat we dat wel kunnen: toen en nu.
Ik wil altijd weten hoe iets eruit zag op verschillende tijdstippen dus het was een denkfout vanuit mijn eigen wensdenken om terug in de tijd te kunnen kijken maar helaas kunnen we wat betreft licht natuurlijk maar 1 momentopname doen.

Ik zit nog steeds te wachten op de vermoedelijke supernova van 250 jaar geleden, is die al te zien aan de hemel?

LOL, zoveel excuuses zijn helemaal niet nodig joh.
Ik wou je alleen op weg helpen met je denkfout te vinden maar dat hoeft dus niet!

Nou is het wel zo dat we enigzins terug in de tijd kunnen kijken.
Die sterrenstelsels die lijken vaak erg op elkaar.
En je weet neem ik aan dat hoe verder weg we iets zien hoe ouder het moet zijn omdat het licht gewoon tijd nodig heeft om hier te komen.
Nou kun je dus soortgelijke sterrenstelsels die dichtbij staan vergelijken met die ver weg staan. Dan krijg je een indruk van hoe die dingen zich over tijd ontwikkelen, zeker als je er een hele hoop van bestudeert.
De verste sterrenstelsels die de hubbletelescoop heeft gezien zijn dan ook nog erg rommelig omdat ze zich nog aan het vormen zijn (neemt men aan). Erg leuk om te zien.

Het stelsel beweegt niet sneller dan de lichtsnelheid,

Dus je ziet het een keer

En het stelsel teleporteert ook niet maar beweegt (relatief) erg langzaam over tijd.
Dus geen probleem

Yup.

In short, our Sun moves around the center of the Milky Way at a speed of 240 km/s (149 mi/s), or 864,000 km/h (536,865 mph).

En onze zon sleept ons in haar kielzog mee.
Dus we zitten in die spiraal gevangen met een voorwaartse snelheid van bijna 1 miljoen km/u. Onderwijl draaien we lekker om die zon heen in onze eigen orbit-speed (107.000km/u?) en draaien we ook nog eens om onze eigen as (1670km/u?)

Dus terwijl we een pirouetje draaien, worden we rondgeslingerd rond een bolletje dat ronddraait om een zwart gat in het midden van de Melkweg. Welke in zichzelf natuurlijk ook in vogelvlucht verkeert. En dat allemaal relatief erg traag, ten opzichte van de tijd...

Nog een linkje: Spin, Orbit, Sun's orbit and Galaxy's orbit - leuk!

[Reactie gewijzigd door Timoo.vanEsch op 8 juni 2022 19:14]

Met een zwaar object tussen ons het het te waarnemen object is het zeker mogelijk om dat meerdere keren te zien (Gravitational lens):

https://en.wikipedia.org/wiki/Einstein_Cross

Het is trouwens wel mogelijk dat een sterrenstelsel dubbel op de foto staat middels 'gravitational lensing' waardoor het licht afbuigt: https://www.youtube.com/watch?v=Dgv2WWpm7_s

Aantal dubbels = 0. Mocht zoals jij zegt een sterrenstelsel in 9 miljard jaar verplaatsen van positie X naar Y zal je die verplaatsing ook zien in de vorm een lange streep. Niets gaat sneller dan het licht, bijgevolg mag je locatie over de 9 jaar niet verder van de aarde zijn dan je startpositie. Mocht dit plots wel geval zijn, zal je licht op de foto uitdoven.

Nee, dat kan niet. Tenminste niet op die manier. Een ster straalt continue licht uit, en dat licht doet er een bepaalde tijd over om bij ons te komen. Die tijd wordt bepaald door hoe ver de ster van ons af staat. Stel dat dit 1 miljard lichtjaar is, dan is het licht dat op dit moment arriveert 1 miljard jaar geleden uitgestraald. Maar gisteren arriveerde er ook al licht van die ster. Dat is 1 miljard jaar + 1 dag geleden uitgestraald, en eergisteren ook, enzovoort. Dus er kan nooit tegelijk* licht van die ene ster bij ons aankomen dat op verschillende momenten is uitgestraald.

Ook als de afstand tussen ons en die ster verandert blijft dit zo: licht van een ster arriveert altijd in dezelfde volgorde bij ons als dat het is uitgestraald.

*: Kleine uitzondering in combinatie met gravitational lensing, elders besproken in deze thread. Maar ook dan kan het verschil nooit oplopen tot miljarden jaren.

die ouwe Hubble doet op zn oude dag nog steeds mee!

Dat hadden ze ook niet bedacht toen hij gelanceerd werd.

Wat mij vooral opvalt, is de grote hoeveelheid sterrenstelsels, wat maar weer (soort van) duidelijk maakt hoe onvoorstelbaar groot het heelal is en hoe nietig wij dan eigenlijk zijn.
En dan fantaseren over intelligent leven; hoe groot zou de kans zijn dat ergens in een van die stelsels een planeet om een zon draait, die leven herbergt (of dat ooit gedaan heeft)...

Desalniettemin vind ik het een prachtig resultaat en foto en ben benieuwd naar een foto van de James Webb telescoop van een van deze stelsels.

de kans is klein.
Heb me laten vertellen dat de aarde toch een van de planeten is in een ouder stelsel. Zou betekenen dat we qua tijd een voorsprong hebben.
Maar de kans dat er in al die stelsels leven ontstaat is afhankelijk van talloze factoren. En als er al een keer bacterieel leven ontstaat is de kans groot dat het vernietigd wordt door kosmische krachten varierend van kometen tot supernovas.

De kans dat leven (as we know it) in een willekeurig stelsel zo lang de tijd krijgt om zich te ontwikkelen om te blijven bestaan in daadwerkelijke vorm, laat staan slim genoeg worden om zelf ruimtevaart te ondernemen is astronomisch klein.
Niet onmogelijk. Wel heel klein.
Anderszijds het grote aantal galaxies zorgt er natuurlijk weer voor dat de dobbelsteen vele malen gegooid kan worden waardoor de kans groter wordt dat er leven kan ontstaan en in stand blijven voor bepaalde tijd.

De mens is inmiddels slim genoeg om te beseffen hoe kwetsbaar we zijn, vandaar ook de drijfveer om van deze planeet af te komen (kwetsbaar bolletje): location location location. Spread out!