哈勃天文学家绘制出一张宇宙肖像

天文学家使用NASA哈勃太空望远镜16年的观测，将最大、最全面的星系“史书”整理成一幅图像。

深空马赛克（deep-sky mosaic）拼接图由近7500个曝光图像组成，为宇宙描绘了一幅画像。图中包含265000个星系，可以追溯到133亿年前 （即大爆炸后的5亿年），其中最暗、最远的星系只有人眼可见亮度的十亿分之一。宇宙的演化史也记录其中：它展示了星系如何随着时间而变化，如何成为附近宇宙中看到的巨大星系。

这张哈勃太空望远镜图像代表了哈勃遗产场（Hubble Legacy Field）的一部分，这是迄今为止宇宙最广阔的视图之一。该图像由数千张快照的组成，集聚了十六年的观测结果。哈勃遗产场结合了哈勃深场（Hubble deep-field）以及极端深场（eXtreme Deep Field，XDF）的几次观测。波长范围从紫外（ultraviolet）延伸到近红外（near-infrared），随着时间推移捕捉星系的关键特征。图像展示了遥远宇宙的宽幅画像，包含大约200000个星系，它们的演化从宇宙大爆炸后的5亿年延续至今（宇宙年龄138亿年）。
Credits: NASA, ESA, G. Illingworth and D. Magee (University of California, Santa Cruz), K. Whitaker (University of Connecticut), R. Bouwens (Leiden University), P. Oesch (University of Geneva) and the Hubble Legacy Field team

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“现在我们已经比以前巡天（survey）的范围更广，我们正在哈勃有史以来最大的数据集中收集更多遥远的星系，”组建图像团队的领导者、加州大学圣克鲁兹分校的Garth Illingworth说道， “这一幅图像包含了宇宙中星系生长的完整历史，讲述它们从’婴儿’长到’成年人’的过程。”

在未来的太空望远镜发射之前，这个图像是无法超越的。Illingworth补充道：“我们将这种马赛克拼接图作为天文学家们使用的工具。我们期望它带来对未来几年宇宙的演变更连贯、更深入、更透彻的理解。”

该图像产出了一个遥远星系的大目录。“这个目录中，很多星系具有精确的高分辨率测量，这使我们能够进行大范围的河外（extragalactic，银河系外）研究，”该目录的首席研究员、康涅狄格大学的Katherine Whitaker说，“通常，这类巡天带来了意想不到的发现，这些发现极大程度上影响了我们对星系演化的理解。”

视频以哈勃超深场（Hubble Ultra Deep Field）中成千上万个星系的开始，慢慢缩小以显示更大的哈勃遗产场（包含265000个星系）。
Credits: NASA, ESA, G. Illingworth (University of California, Santa Cruz) and G. Bacon (STScI)

正如天文学家Edwin Hubble曾在一个世纪前所描述的那样，星系是“宇宙的标记”。星系使得天文学家追踪宇宙的膨胀、提供宇宙基础物理学的线索、显示化学元素的起源、并使我们的太阳系和生命的出现成为可能。

这个更广阔的视图包含的星系数量是之前深场的30倍。新的肖像是由多个快照构成的马赛克拼接图，角大小几乎覆盖了满月的宽度，而极端深场的覆盖范围不到满月直径的十分之一。遗产场还发现了星系间相互作用的痕迹，这是宇宙早期年轻星系与其他星系相撞、合并而产生的。

上图将天哈勃遗产场与月球的角直径（angular diameter）进行比较。哈勃遗产场是宇宙视图中最广阔的之一，近7500个曝光构成的马赛克拼接图几乎覆盖了月球在天上的大小。月球在天空上对应一个半度的角（就是当你伸直手臂对向天空时食指宽度的一半）。
Credits: Hubble Legacy Field Image: NASA, ESA, and G. Illingworth and D. Magee (University of California, Santa Cruz); Moon Image: NASA, Goddard Space Flight Center and Arizona State University

集合所有观察结果是一项艰巨的任务，该图像是31个天文学家团队集体创作的结果。哈勃在这个小区域花费的时间比在任何其他天空区域都多，总计超过250天。

“我们的目标是将十六年间所有的曝光组合成一张图像，”该团队的数据处理负责人、加州大学圣克鲁兹分校的Dan Magee解释说，“之前，大多数曝光并没有以一致的方式组合在一起，使其有用于研究人员。天文学家可以选择并立即使用他们想要的数据，而不是在进行科学分析之前执行大量的数据简化。“

通过Mikulski太空望远镜档案馆（Mikulski Archive for Space Telescopes，MAST），全球天文界可以使用该图像以及其构成的各个曝光。MAST是哈勃和其他NASA任务的天文数据在线数据库，位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所。

为了在遥远的宇宙中采集更深入的“核心样本”，哈勃太空望远镜已经走过了漫长的道路。在哈勃于1990年发射之后，天文学家们一度争论，是否值得花费大量望远镜时间去长时间曝光一片看似“空无一物”的小天空。由此产生的哈勃深场图像在1995年捕获了数千个看不见的星系。大胆的努力是一个具有里程碑意义的示范和典型的概念验证，为未来的深场图像奠定了基础。2002年，哈勃望远镜的高级巡天相机甚至更深入地发现了一个快照中的10000个星系。天文学家使用了2009年安装在哈勃望远镜上宽视场相机3（WFC3）拍摄的照片，以便组装2012年极端深场的快照。与之前的相机相比，WFC3涵盖了更广的波长范围（从紫外到近红外）。

这个新的图像拼接是哈勃遗产场图像系列中的第一个。该团队正在制作第二组图像，在另一个天空区域，总共超过5200个曝光。在未来，天文学家希望扩大图像中的多波长范围，包括波长更长的红外数据以及斯皮策太空望远镜（Spitzer Space Telescope）和钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）的高能X射线观测（NASA的其他两个大天文台）。

遗产场图像中的大量星系也是未来望远镜的主要目标。“这将为NASA计划的宽场红外探测望远镜（Wide Field Infrared Survey Telescope，WFIRST）奠定基础，”Illingworth说，“遗产场是WFIRST的探路者，它将捕获比典型哈勃图像大100倍的图像。在WFIRST三周的观测时间内，天文学家将能够集合一个更深场的图像，是哈勃遗产场大小的两倍多。“

此外，NASA即将升空的詹姆斯韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）将使天文学家能够更深入地探索遗产场，以揭示星系的成长。韦伯的红外线覆盖范围将超出哈勃和斯皮策，这将帮助天文学家识别宇宙中的第一个星系。

哈勃太空望远镜是NASA和ESA（欧洲航天局）的国际合作项目。NASA的戈达德太空飞行中心负责管理望远镜。太空望远镜科学研究所（STScI）负责哈勃的科学运营。STScI由华盛顿特区的大学天文研究协会（AURA）为NASA运营。

参考
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/hubble-astronomers-assemble-wide-view-of-the-evolving-universe