Astronomer har satt ihop den största och mest omfattande "historieboken" över galaxer till en enda bild, med hjälp av 16 års observationer från NASA:s rymdteleskop Hubble.

Den djupa himlens mosaik, skapad från nästan 7, 500 individuella exponeringar, ger ett brett porträtt av det avlägsna universum, innehållande 265, 000 galaxer som sträcker sig tillbaka genom 13,3 miljarder år till bara 500 miljoner år efter big bang. De svagaste och längsta galaxerna är bara en tiomiljarddel av ljusstyrkan av vad det mänskliga ögat kan se. Universums evolutionära historia är också krönikad i denna enda svepande syn. Porträttet visar hur galaxer förändras över tiden, bygga upp sig själva för att bli de gigantiska galaxerna som ses i det närliggande universum.

Denna ambitiösa strävan, kallad Hubble Legacy Field, kombinerar också observationer från flera Hubble djupfältsundersökningar, inklusive eXtreme Deep Field (XDF), den djupaste synen på universum. Våglängdsområdet sträcker sig från ultraviolett till nära-infrarött ljus, fånga nyckelfunktionerna i galaxsammansättning över tid.

"Nu när vi har gått bredare än i tidigare undersökningar, vi skördar många fler avlägsna galaxer i den största sådan datauppsättning som någonsin producerats av Hubble, " sa Garth Illingworth vid University of California, Santa Cruz, ledare för teamet som satt ihop bilden. "Den här bilden innehåller hela historien om galaxernas tillväxt i universum, från sin tid som "spädbarn" till när de växte till fullvärdiga "vuxna."

Ingen bild kommer att överträffa denna förrän framtida rymdteleskop har skjutits upp. "Vi har satt ihop den här mosaiken som ett verktyg som kan användas av oss och andra astronomer, " Illingworth tillade. "Förväntningen är att denna undersökning kommer att leda till en ännu mer sammanhängande, djupgående och större förståelse för universums utveckling under de kommande åren."

Bilden ger en enorm katalog av avlägsna galaxer. "Sådana utsökta högupplösta mätningar av de många galaxerna i denna katalog möjliggör ett brett spektrum av extragalaktiska studier, " sa katalogledaren Katherine Whitaker vid University of Connecticut, i Storrs. "Ofta, den här typen av undersökningar har gett oväntade upptäckter som har haft störst inverkan på vår förståelse av galaxens evolution."

Galaxer är "rymdens markörer, " som astronomen Edwin Hubble en gång beskrev dem för ett sekel sedan. Galaxer tillåter astronomer att spåra universums expansion, erbjuda ledtrådar till den underliggande fysiken i kosmos, visa när de kemiska grundämnena uppstod, och möjliggöra de förhållanden som så småningom ledde till uppkomsten av vårt solsystem och liv.

Denna bredare vy innehåller ungefär 30 gånger så många galaxer som i de tidigare djupfälten. Det nya porträttet, en mosaik av flera ögonblicksbilder, täcker nästan fullmånens bredd. XDF, som trängde djupare in i rymden än denna bredare vy, ligger i denna region, men den täcker mindre än en tiondel av fullmånens diameter. The Legacy Field avslöjar också en djurpark med ovanliga föremål. Många av dem är resterna av galaktiska "tågvrak, "en tid i det tidiga universum när den var liten, unga galaxer kolliderade och slogs samman med andra galaxer.

Att samla alla observationer var en enorm uppgift. Bilden omfattar det samlade arbetet av 31 Hubble-program av olika team av astronomer. Hubble har tillbringat mer tid på detta lilla område än på någon annan del av himlen, totalt mer än 250 dagar, representerar nästan tre fjärdedelar av ett år.

"Vårt mål var att samla alla 16 år av exponeringar till en gammal bild, " förklarade Dan Magee, vid University of California, Santa Cruz, teamets databehandlingsledare. "Tidigare, de flesta av dessa exponeringar hade inte satts samman på ett konsekvent sätt som kan användas av alla forskare. Astronomer kan välja data i det äldre fältet de vill ha och arbeta med det omedelbart, i motsats till att behöva utföra en enorm mängd dataminskning innan man utför vetenskaplig analys."

Bilden, tillsammans med de individuella exponeringarna som utgör den nya vyn, är tillgänglig för det världsomspännande astronomiska samfundet genom Mikulski Archive for Space Telescopes (MAST). MAST, en onlinedatabas med astronomiska data från Hubble och andra NASA-uppdrag, ligger vid Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland.

Rymdteleskopet Hubble har kommit långt med att ta allt djupare "kärnprover" av det avlägsna universum. Efter Hubbles lansering 1990, astronomer diskuterade om det var värt att lägga en bit av teleskopets tid på att åka på en "fiskeexpedition" för att ta en mycket lång exponering av en liten, ett till synes tomt stycke himmel. Den resulterande Hubble Deep Field-bilden 1995 fångade flera tusen osynliga galaxer i en pekande. Den djärva insatsen var en landmärke demonstration och ett definierande proof-of-concept som satte scenen för framtida djupfältsbilder. År 2002, Hubbles avancerade kamera för undersökningar gick ännu djupare för att avslöja 10, 000 galaxer i en enda ögonblicksbild. Astronomer använde exponeringar tagna av Hubbles Wide Field Camera 3 (WFC3), installerades 2009, för att sätta ihop ögonblicksbilden eXtreme Deep Field 2012. Till skillnad från tidigare Hubble-kameror, teleskopets WFC3 täcker ett bredare våglängdsområde, från ultraviolett till nära-infrarött.

Denna nya bildmosaik är den första i en serie av Hubble Legacy Field-bilder. Teamet arbetar på en andra uppsättning bilder, totalt mer än 5, 200 Hubble-exponeringar, i ett annat område på himlen. I framtiden, astronomer hoppas kunna bredda multivåglängdsområdet i de äldre bilderna till att inkludera längre våglängds infraröd data och högenergiröntgenobservationer från två andra NASA Great Observatories, Spitzer Space Telescope och Chandra X-ray Observatory.

Det stora antalet galaxer i Legacy Field-bilden är också främsta mål för framtida teleskop. "Detta kommer verkligen att sätta scenen för NASA:s planerade Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), ", sa Illingworth. "The Legacy Field är en vägsökare för WFIRST, som kommer att ta en bild som är 100 gånger större än en vanlig Hubble-bild. På bara tre veckors observationer av WFIRST, astronomer kommer att kunna sätta ihop ett fält som är mycket djupare och mer än dubbelt så stort som Hubble Legacy Field."