Das Hubble-Weltraumteleskop: Drei Jahrzehnte voller Offenbarungen

Ein offenes Fenster zum Kosmos

Gestartet am 24. April 1990Hubble-Weltraumteleskopist zu einem der einflussreichsten Instrumente der modernen Astronomie geworden. Im Orbit in einer Höhe von 547 km platziert, entgeht es den Turbulenzen der Erdatmosphäre und bietet eine Winkelauflösung von etwa 0,05 Bogensekunden. Hubble hat es ermöglicht, die kosmische Vergangenheit bis hin zu Spektralverschiebungen (z > 10) zu erforschen und Galaxien aufzudecken, die weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall entstanden sind.

Seine KameraWFC3und sein SpektrographCOShaben das Licht von Objekten eingefangen, die so weit entfernt sind, dass ihre sichtbare Strahlung nun nach dem Hubble-Gesetz in Richtung Infrarot verschoben ist: \( v = H_0 \, d \) Dabei ist \( v \) die Entfernungsgeschwindigkeit, \( H_0 \) die Expansionskonstante und \( d \) die Entfernung zur beobachteten Galaxie.

Hinweis: :
DERSpektralverschiebung, bezeichnet mit \( z \), misst die Variation der Wellenlänge einer Spektrallinie zwischen der Emission und der Beobachtung. Es wird durch die Beziehung definiert: \( z = \frac{\lambda_{obs} - \lambda_{emit}}{\lambda_{emit}} \)
Ein positiver Offset (\( z > 0 \)) entspricht aRotverschiebungDies zeigt an, dass sich das Objekt vom Beobachter entfernt. Umgekehrt entspricht ein negativer Offset (\( z < 0 \)) aBlauverschiebung. Im großen Maßstab sind die für Galaxien und Quasare beobachteten Werte von \( z \) proportional zu ihrer Entfernung gemäß dem Hubble-Gesetz, \( v = H_0 \, d \), ein direktes Zeichen der Expansion des Universums.

Messung der Ausdehnung des Universums

Eine der Hauptmissionen von Hubble bestand darin, die Expansionsrate des Universums genau zu messen. Durch die Beobachtung derCepheidenund Supernovae vom Typ Ia, Hubble erlaubtAdam Riess(1969–) undBrian Schmidt(1967–) um einen Wert der Hubble-Konstante um \( H_0 ≈ 73 \, km·s^{-1}·Mpc^{-1} \) zu erhalten.

Diese Ergebnisse verdeutlichten eine Spannung zwischen den lokalen Werten von \( H_0 \) und denen, die vom Planck-Satelliten aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund abgeleitet wurden, was \( H_0 ≈ 67,4 \, km·s^{-1}·Mpc^{-1} \) ergibt. Diese als „Hubble-Spannung“ bekannte Meinungsverschiedenheit legt nahe, dass unser kosmologisches Modell \(\Lambda CDM\) möglicherweise einer Überarbeitung bedarf.

Nebel und Sternkindergärten

Hubble hat die komplexen Strukturen von Nebeln wie dem berühmten enthülltSäulen der Schöpfungim Adlernebel (M16). Diese im sichtbaren und infraroten Bereich aufgenommenen Bilder zeigen die dynamischen Prozesse der Sternentstehung, bei denen die Winde junger Sterne Molekülwolken formen.

Die Details der JetsHH-Objekteoder protoplanetare Scheiben des Orion haben es ermöglicht, die Mechanismen der Akkretion und des Ausstoßes von Materie um Protosterne zu verstehen.

Exoplaneten und entfernte Atmosphären

Hubble trug auch zur Spektroskopie exoplanetarer Atmosphären bei. Durch die Analyse des Sternenlichts, das während der Transite von Planeten gefiltert wurde, entdeckte er das Vorhandensein von Wasserdampf, Methan und Natrium in mehreren extrasolaren Welten.

Diese bahnbrechenden Beobachtungen ebneten den Weg für neuere Instrumente wie dasJWST, in der Lage, die chemische Zusammensetzung dieser Atmosphären mit erhöhter Präzision zu untersuchen.

Die Grenzen des Sichtbaren

Das ikonische Bild vonHubble Ultra Deep Field(2004) vereint fast 10.000 Galaxien in einem winzigen Feld von 11 Bogenminuten. Es veranschaulicht die schwindelerregende Dichte des beobachtbaren Kosmos: Jeder Lichtpunkt repräsentiert eine ganze Galaxie mit Milliarden von Sternen.

Hinweis: :
Die vom Hubble Ultra Deep Field erreichte Grenzgröße beträgt \( m_{AB} ≈ 30 \), d. h. Objekte, die 4 Milliarden Mal schwächer sind als diejenigen, die mit bloßem Auge sichtbar sind.

Eine nachhaltige Vision

Trotz seines Alters bleibt Hubble eine Säule der Weltraumbeobachtung. Seine seit mehr als dreißig Jahren archivierten Daten werden immer noch für die Erforschung von Dunkler Materie, Quasaren und galaktischer Morphologie verwendet. Die Interaktion zwischen Hubble und demJames Webb-Weltraumteleskopwird nun eine ergänzende Sicht auf den Kosmos ermöglichen, indem es Ultraviolett und tiefes Infrarot kombiniert.

Quelle :NASA HubbleSite, ESA, UndADS – Astrophysik-Datensystem.