La NASA publicó esta representación del Telescopio Nancy Grace Roman en mayo de 2020. Crédito de la imagen: Por la NASA (Proyecto WFIRST y Dominic Benford) – Adaptado de https://www.nasa.gov/press-release/nasa-to-make-announcement -about-wfirst-space-telescope-mission, dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=90474189

¿Recuerdas las imágenes de campo profundo y campo ultraprofundo del telescopio espacial Hubble?

Esas imágenes mostraron a todos que lo que parece ser una pequeña parte vacía del cielo contiene miles de galaxias, algunas de las cuales se remontan a los primeros días del Universo. Cada una de esas galaxias puede tener cientos de miles de millones de estrellas. Estas primeras galaxias se formaron solo unos cientos de millones de años después del Big Bang. Las imágenes inspiraron asombro en las mentes humanas que se tomaron el tiempo para entenderlas. Y ahora son parte de la historia.

El próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman (NGRST) capturará su propia versión de esas imágenes históricas pero en gran angular. Para abrir nuestro apetito por la imagen del NGRST, un grupo de astrofísicos ha creado una simulación para mostrarnos cómo se verá.

El nombre anterior de NGRST era WFIRST. Eso significa Wide-Field Infrared Survey Telescope. NGRST se lanzará en la segunda mitad de 2027 si todo sale según lo planeado. El Hubble se lanzó en 1990, por lo que hay casi 35 años entre los dos. La tecnología ha progresado enormemente en esos años intermedios, por lo que el NGRST será mucho más poderoso y efectivo que el Hubble en muchos aspectos.

Las imágenes Hubble Deep Field (HDF) y Hubble Ultra Deep Field (HUDF) eran mosaicos de imágenes individuales. Hubble tardó 10 días en diciembre de 1995 en capturar las 342 imágenes que componen el campo profundo. El campo ultraprofundo se hizo con aún más imágenes capturadas con múltiples instrumentos en el Hubble. Ambas imágenes requirieron esfuerzos minuciosos, con una planificación y ejecución detalladas. Las imágenes tardaron cientos de horas en capturarse.

Y valieron la pena.

This image shows the Hubble Ultra Deep Field in ultraviolet, visible, and infrared light. Image Credit: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI)
Esta imagen muestra el campo ultraprofundo del Hubble en luz ultravioleta, visible e infrarroja. Crédito de la imagen: NASA, ESA, H. Teplitz y M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Universidad Estatal de Arizona) y Z. Levay (STScI)

El NGRST es diferente al Hubble en muchos aspectos. La principal diferencia es el campo de visión (FOV) del Roman. El NGRST tiene un FOV 100 veces mayor que el del Hubble. Ese FOV más amplio es típico de los telescopios de exploración. Los telescopios de exploración obtienen imágenes de grandes franjas del cielo a la vez en lugar de objetivos individuales. El Hubble tiene la Wide Field Camera 3 y la Advanced Camera for Surveys, pero la Nancy Roman es superior a ambas. Mientras que el campo ultraprofundo del Hubble contiene miles de galaxias, hasta 10.000 o más, la imagen de campo profundo del NGRST contendrá millones de galaxias, posiblemente hasta 10 millones.

La fuerza del Roman radica en observar grandes áreas del cielo a la vez. Y cuando finalmente se ponga a trabajar a finales de esta década, sus imágenes de campo ultraprofundo serán extraordinarias. Esta nueva imagen simulada no solo abrirá nuestro apetito como «fanáticos» de la astronomía, sino que es parte de un nuevo estudio.

El título del estudio es «Catálogos de galaxias del modelo extragaláctico realista profundo (DREAM): predicciones para un campo Roman ultraprofundo». La autora principal es Nicole Drakos, becaria postdoctoral en la Universidad de California, Santa Cruz. El Astrophysical Journal publicará el estudio.

Roman tiene la capacidad única de obtener imágenes de áreas muy grandes del cielo, lo que nos permite ver los entornos alrededor de las galaxias en el universo primitivo”, dijo Drakos en un comunicado de prensa. “Nuestro estudio ayuda a demostrar lo que un campo ultraprofundo romano podría decirnos sobre el universo al tiempo que proporciona una herramienta para que la comunidad científica extraiga el máximo valor de dicho programa”.

Esta imagen sintética visualiza cómo podría verse un campo Roman ultraprofundo. Los 18 cuadrados en la parte superior de esta imagen describen el área que Roman puede ver en una sola observación, conocida como su huella. El recuadro en la parte inferior derecha se acerca a uno de los cuadrados de la huella de Roman, y el recuadro en la parte inferior izquierda se acerca aún más. La imagen, que contiene más de 10 millones de galaxias, se construyó a partir de una simulación que produjo una distribución realista de las galaxias en el universo. Crédito de la imagen: Nicole Drakos, Bruno Villasenor, Brant Robertson, Ryan Hausen, Mark Dickinson, Henry Ferguson, Steven Furlanetto, Jenny Greene, Piero Madau, Alice Shapley, Daniel Stark, Risa Wechsler

“El campo ultraprofundo del Hubble nos dio una idea de la juventud del universo, pero era demasiado pequeño para revelar mucha información sobre cómo era realmente el cosmos en ese entonces”, dijo Brant Robertson, profesor de astronomía en la Universidad de California. Santa Cruz y coautor del estudio. “Es como mirar una sola pieza de un rompecabezas de 10.000 piezas. Roman podría darnos 100 piezas de rompecabezas conectadas, ofreciendo una imagen mucho mejor de cómo era el universo primitivo y abriendo nuevas oportunidades científicas”.

El equipo detrás de la imagen simulada también creó un sitio web con una imagen ampliable para explorar.

Los propietarios de cámaras saben que tienen que elegir entre una lente gran angular que captura un FOV más amplio o una lente de ángulo más estrecho para enfocar sujetos individuales. Algo similar sucede en la astronomía. Los telescopios potentes pueden capturar imágenes más profundas y detalladas, lo que requiere exposiciones más prolongadas. Así es como el Hubble capturó sus imágenes DF y UDF. Eso no siempre es fácil de lograr porque observar el tiempo en los observatorios del mundo es un bien muy codiciado.

Pero el telescopio Roman es diferente.

Su campo de visión enormemente amplio, combinado con sus capacidades de infrarrojos, ayuda a sortear este problema.

El resultado de todo este poder será una imagen que contenga millones de galaxias de todas las edades. Mostrará galaxias jóvenes y pequeñas que comienzan a formar estrellas. Esas galaxias son de gran interés para los astrónomos, como lo es todo lo relacionado con el Universo primitivo. Los astrónomos compararán a estos jóvenes con galaxias modernas más masivas que apenas forman nuevas estrellas y aprenderán sobre la evolución de las galaxias a partir de la comparación.

Hay enormes espacios en blanco en nuestro conocimiento de la evolución galáctica, y el poder de campo amplio del NGRST mostrará las galaxias en sus entornos. Los investigadores investigarán las galaxias y sus alrededores para ver cómo afectan la evolución galáctica y la formación estelar.

Una parte emocionante de esto se refiere a las galaxias masivas que ya no tienen mucha formación estelar activa. Se llaman galaxias inactivas y son difíciles de encontrar cuanto más atrás en el tiempo las buscan los astrónomos. “No estamos seguros de si no hemos detectado galaxias inactivas muy distantes porque no existen o simplemente porque son muy difíciles de encontrar”, dijo Drakos.

Pero Drakos y los otros autores del artículo creen que el Telescopio Roman podría cambiar eso. Tienen la esperanza de poder encontrar hasta 100.000 de estas galaxias inactivas y que algunas de ellas serán las más lejanas jamás vistas.

“Es sorprendente pensar que nadie sabía con certeza si existían otras galaxias hasta hace unos cien años”.

Bruno Villasenor, U de C Santa Cruz, coautor del estudio.

El NGRST también debería ayudar a los astrónomos a abordar otra pregunta candente en astronomía relacionada con la época de reionización (EoR).

Después del Big Bang, el Universo era plasma caliente denso, que era opaco a la luz. Los astrónomos a veces se refieren a este tiempo temprano en el Universo como la «Edad Oscura Cósmica». A medida que el Universo se expandió y se enfrió, esas edades oscuras terminaron. La EoR siguió entre 600 millones y 900 millones de años después del Big Bang. Los átomos de hidrógeno neutro podrían formarse ahora, y las galaxias y los cuásares comenzaron a formarse durante la EoR. Hubo luz, y las edades oscuras terminaron.

Sondear los primeros días del Universo es difícil. Pero los astrónomos creen que la radiación ionizante de las primeras galaxias causó la EoR y puso fin a las edades oscuras. Aquí es donde entra en juego el telescopio Roman.

Si, como predicen los autores de este artículo, el NGRST puede encontrar hasta 10.000 de estas galaxias tempranas y estudiarlas en sus entornos, podrían determinar si las galaxias tempranas ionizaron el Universo y terminaron con las edades oscuras.

This illustration shows the timeline of the Universe. Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
Esta ilustración muestra la línea de tiempo del Universo. Crédito: NASA, ESA y A. Field (STScI)

“El EoR es la frontera final para los estudios de galaxias”, escriben los autores en su artículo. “Dada la dificultad de medir galaxias con altos desplazamientos al rojo, este período de la historia del universo no tiene restricciones. Las galaxias de baja masa y alto corrimiento al rojo fueron probablemente la principal fuente de fotones ionizantes en la EoR, y las observaciones indican que la reionización fue un proceso «irregular». Para comprender completamente la EoR, necesitamos un censo completo de galaxias y su contribución de fotones ionizantes”.

El Roman es tan poderoso que puede abordar el problema de EoR rápidamente.

Roman podría arrojar luz sobre tantos misterios cósmicos en solo unos pocos cientos de horas de tiempo de observación”, dijo Bruno Villasenor, estudiante de posgrado en la Universidad de California Santa Cruz y coautor del estudio. “Es sorprendente pensar que nadie sabía con certeza si existían otras galaxias hasta hace unos cien años. ¡Ahora, Roman nos ofrece la oportunidad de observar miles de las primeras galaxias que aparecieron en el universo primitivo!”

El NGRST no estará solo al abordar las edades oscuras y la EoR. El Telescopio Espacial James Webb está en camino a su Punto LaGrange, y parece que los protectores solares y los espejos del telescopio se han desplegado con éxito. Su poder de observación infrarroja sondeará el Universo temprano y la EoR, por lo que para cuando el NGRST esté operativo, este período temprano en la historia del Universo podría concretarse más.

Sin embargo, termina sucediendo, parece que estamos a punto de progresar en una de las preguntas más apremiantes de la cosmología.

Pero también podemos dar un paso atrás de toda esa ciencia profunda. Simplemente podemos disfrutar de las imágenes del telescopio Roman. Con suerte, encenderán nuestro sentido de asombro.

Al igual que lo hizo el Hubble.

Artículo con fines divulgativos basado en el artículo original en Inglés.
Créditos: Evan Gough, Universe Today
Salvo indicación contraria este trabajo está licenciado por el autor bajo la licencia International Creative Commons Attribution 4.0

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