La imagen muestra una parte central del campo profundo del Hubble, creado a partir de exposiciones tomadas en 1995. El campo profundo del Hubble cubre un pedazo de cielo de aproximadamente 1/13 del diámetro de la Luna llena. Créditos: NASA

El Telescopio Espacial Hubble ha realizado más de 1,5 millones de observaciones desde su lanzamiento en 1990, capturando temas asombrosos como la Nebulosa del Águila y produciendo datos que han aparecido en casi 18.000 artículos científicos. Pero ninguna imagen ha revolucionado la forma en que entendemos el universo tanto como el campo profundo del Hubble.

Tomado en el transcurso de 10 días en 1995, el Campo Profundo del Hubble capturó aproximadamente 3.000 galaxias distantes que varían en sus etapas de evolución.

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Cuando el Hubble se lanzó por primera vez, muchos miembros de la comunidad astronómica dudaban de su capacidad para observar galaxias distantes. John Bahcall, uno de los astrofísicos más importantes del mundo y defensor del Hubble, coescribió un artículo de Science en 1990 en el que argumentó que el Hubble no revelaría ninguna galaxia que no fuera visible con métodos terrestres.

La historia se desarrolló de manera un poco diferente. En 1994, Robert Williams, director del Space Telescope Science Institute en Baltimore, Maryland, desarrolló un interés en la capacidad del Hubble para observar objetos distantes cuando presenció exposiciones tomadas en mayo y junio por Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2), una alta -cámara de resolución capaz de capturar imágenes en un amplio campo de visión y longitudes de onda. Los datos mostraron un «zoológico cósmico» de objetos, lo que sugiere que otra exposición profunda podría revelar partes desconocidas del universo.

Williams controlaba el 10 por ciento del tiempo de observación de Hubble, conocido como tiempo discrecional del director. Decidió usar parte de ese tiempo para tomar una exposición prolongada que estaría disponible de inmediato, en lugar de esperar a que llegara una propuesta similar, pasar por un largo proceso de aprobación y restringirse en cuanto a cuándo los datos podrían hacerse públicos. Después de su decisión, creó un equipo en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial durante casi un año de preparación, trabajando para encontrar la ubicación correcta en el cielo y tomando exposiciones de prueba para confirmar que el área que eligieron estaba libre de grandes cúmulos de galaxias.

Créditos: NASA

El siguiente paso fue elegir un lugar en el cielo en el que entrenar la cámara del Hubble. Williams y su equipo necesitaban un área oscura sin estrellas u otros objetos cercanos, cuyo brillo ahogaría las galaxias más débiles que esperaba encontrar con la exposición. Eso significaba que el área no podía estar cerca del plano de la Vía Láctea, que estaba llena de objetos cósmicos. El área también tenía que ser una zona de visión continua, o un área sin interferencia de la Tierra, el Sol o la Luna. El equipo finalmente eligió una ubicación dentro de la Osa Mayor, cerca del mango de la Osa Mayor, que parecía relativamente vacía. Ese vacío proporcionaría una puerta de entrada para ver mucho más atrás en el tiempo.

Al final, el trozo de cielo equivalía a sostener la cabeza de un alfiler con el brazo extendido.

Una muestra central del universo

La imagen del campo profundo del Hubble contiene 342 exposiciones separadas tomadas entre el 18 y el 28 de diciembre de 1995. La imagen que vemos fue ensamblada a partir de luz azul, roja e infrarroja. La combinación de estas imágenes permite a los astrónomos inferir la distancia, la edad y la composición de las galaxias fotografiadas. Los objetos más azules, por ejemplo, contienen estrellas jóvenes o podrían estar relativamente cerca. Los objetos más rojos contienen estrellas más viejas o podrían estar más lejos.

La mayoría de las galaxias son tan débiles, cuatro mil millones de veces más débiles de lo que el ojo humano puede ver, que nunca antes se habían observado, ni siquiera con los telescopios más grandes.

«Cuando las imágenes han aparecido en nuestras pantallas, no hemos podido evitar preguntarnos si de alguna manera podríamos estar viendo nuestros propios orígenes en todo esto», dijo Williams en ese momento. «Estos últimos 10 días han sido una experiencia increíble».

La luz de objetos lejanos debe atravesar inimaginablemente vastas extensiones de espacio durante millones o miles de millones de años para llegar hasta nosotros. Esto significa que los objetos más lejanos que podemos ver nos parecen como aparecieron en el universo temprano, cuando su luz comenzó a viajar.
Créditos: NASA

La «profundidad» en Hubble Deep Field se refiere a la capacidad del telescopio para mirar algunos de estos objetos lejanos y débiles. Mirar objetos lejanos en el espacio es como mirar atrás en el tiempo. La luz se mueve a una velocidad tremenda, pero todavía lleva su tiempo viajar a través de la inmensidad del espacio. Incluso la luz de nuestro propio Sol necesita ocho minutos y 20 segundos para llegar a la Tierra, por lo que cuando miramos al Sol, lo vemos como era un poco más de ocho minutos antes. Cuanto más lejos está el objeto, más joven aparece en la mirada de Hubble. El Campo Profundo era como una muestra central del espacio, mostrando galaxias en diferentes y más tempranas etapas de desarrollo cuanto más profundas aparecían en la imagen.

Investigadores de la Universidad Estatal de Nueva York en Stony Brook analizaron la foto y eligieron varias docenas de candidatos que podrían estar más distantes que cualquier galaxia vista hasta ese momento. Identificaron las galaxias en función de su color, porque las galaxias más distantes aparecen más rojas a medida que nos llega la luz. Esto sucede porque la luz se estira a medida que viaja por el universo, transformándose en longitudes de onda infrarrojas, que son más rojas.

Una imagen infrarroja de seguimiento de 1998 tomada con la cámara infrarroja cercana y el espectrómetro multiobjeto del Hubble descubrió galaxias que se cree que se encuentran a más de 12 mil millones de años luz de distancia, incluso más lejos que las que se ven en el campo profundo del Hubble.

Esta foto de una parte del campo sur profundo del Hubble captura galaxias en luz visible e infrarroja. Las galaxias azuladas están en luz visible, mientras que las galaxias rojizas están en luz infrarroja. Algunos de los objetos más brillantes de la foto están en «primer plano» o ubicados dentro de la Vía Láctea. Créditos: NASA

Campo profundo Sur del Hubble

Después del éxito del Hubble Deep Field original, los astrónomos buscaron nuevas formas de aumentar nuestra comprensión del universo. Dado que los astrónomos tardarían 900.000 años en observar todo el cielo, sabían que tendrían que depender de más muestras como el campo profundo del Hubble para inferir cómo se ve todo el universo.

El Hubble Deep Field South se centró en una región de la constelación de Tucana, cerca del polo sur celeste, y duplicó el número de galaxias distantes disponibles para los astrónomos. Williams y un equipo de 50 astrónomos y técnicos del Instituto y del Centro de Vuelo Espacial Goddard en Greenbelt, Maryland, llevaron a cabo la observación de 10 días en octubre de 1998.

Campo ultraprofundo del Hubble

En 2004, Hubble capturó una exposición de un millón de segundos que contenía 10.000 galaxias. Esta nueva imagen, el campo ultraprofundo del Hubble, observó las primeras galaxias que emergieron de la «edad oscura», una época inmediatamente posterior al Big Bang.

Una misión de servicio en 2002 había instalado una nueva cámara, llamada Advanced Camera for Surveys. Esa cámara tenía el doble de campo de visión y una mayor sensibilidad que WFPC2, la cámara que capturó el campo profundo original. La foto final de campo ultraprofundo se combina en realidad a partir de una imagen de ACS y una imagen de la cámara de infrarrojos cercanos y el espectrómetro de objetos múltiples del Hubble.

El campo ultraprofundo del Hubble. Créditos: NASA

«El Hubble nos lleva a un tiro de piedra del propio Big Bang», dijo Massimo Stiavelli, científico de instrumentos del Hubble en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial.

Desde los telescopios terrestres, la ubicación del campo ultraprofundo en la constelación de Fornax, justo debajo de la constelación de Orión, parecía mayormente vacía, al igual que las otras ubicaciones de campo profundo, lo que permite que se realicen observaciones más distantes.

La imagen del campo ultraprofundo contenía varias galaxias extrañas, como una con forma de palillo de dientes y otra con forma de eslabón de pulsera. Estas galaxias provienen de una época más caótica antes del desarrollo de galaxias estructuradas como la Vía Láctea.

Los datos de campo ultraprofundo también les enseñaron a los astrónomos que los agujeros negros en el centro de las galaxias probablemente crecieron con el tiempo, que las grandes galaxias se acumulan gradualmente a medida que otras se fusionan y chocan, y que algunas de las primeras galaxias eran mucho más pequeñas que nuestra actual Vía Láctea.

Este video muestra los descubrimientos hechos con Hubble Ultra Deep Field. Créditos: NASA

Campo ultraprofundo Infrarrojo del Hubble

Estas cuatro galaxias candidatas podrían haber emitido su luz cuando el universo tenía solo 750 millones de años. La fila inferior muestra las diversas longitudes de onda en las que se midió cada galaxia, y la columna de la derecha muestra el corrimiento al rojo de la galaxia, o cómo la expansión del universo estiró la luz a medida que viajaba largas distancias para llegar a nosotros. Los candidatos fueron encontrados utilizando las observaciones del Hubble Ultra Deep Field y del Great Observatory Origins Deep Survey. Créditos: NASA

En 2009, Hubble capturó longitudes de onda de luz infrarroja cercana en la misma región que el campo ultraprofundo, revelando galaxias formadas solo 600 millones de años después del Big Bang.

La luz de un objeto, llamado UDFj-39546284, viajó 13.200 millones de años luz para llegar a la Tierra. Es una galaxia compacta formada por estrellas azules, y los astrónomos descubrieron que la tasa de formación de estrellas creció en un factor de 10 en poco más de 200 millones de años; eso puede parecernos mucho tiempo, pero es pequeño para el universo.

Campo profundo eXtremo de Hubble

En 2012, el Hubble se llevó al extremo. Los astrónomos combinaron 10 años de fotografías tomadas de una región en el centro del Campo Ultra Profundo original. Incluso con su vista más pequeña, el eXtreme Deep Field todavía mostraba 5.500 galaxias.

El campo profundo eXtremo: Créditos: NASA

Las galaxias más tenues visibles en esta imagen son una diez mil millonésima parte de lo que puede ver el ojo humano, y la mayoría de las galaxias que se muestran son de cuando eran jóvenes y pequeñas, a menudo chocando y fusionándose.

Campo ultraprofundo 2012

Después de observaciones realizadas durante seis semanas en agosto y septiembre de 2012, un equipo de astrónomos descubrió una población de siete galaxias primitivas formadas cuando el universo tenía solo el 3% de su edad actual. Las observaciones apoyaron la idea de que las galaxias pueden haber proporcionado suficiente energía para recalentar el universo después del Big Bang.

Campos fronterizos

Los Grandes Observatorios de la NASA, Hubble, Spitzer y Chandra, se unieron en 2013 para Frontier Fields, una audaz campaña de varios años para proporcionar datos críticos para ayudar en las investigaciones de la materia oscura y cómo cambian las galaxias con el tiempo, entre otros.

La campaña proporcionó 12 nuevas imágenes de campo profundo y los astrónomos pudieron detectar galaxias 100 veces más débiles que las que observaron en el campo ultraprofundo del Hubble. Centrándose en galaxias de alto corrimiento al rojo y lentes gravitacionales, o la distorsión natural de la luz de los cúmulos de galaxias masivas, el equipo trabajó para detectar galaxias demasiado débiles para ser vistas solo por Hubble. Tal empresa impulsó nuestra comprensión del universo de formas que solo podrían lograrse con todos los Grandes Observatorios trabajando juntos. La campaña terminó en 2017 y ahora los astrónomos pueden usar el conjunto de datos para continuar explorando el universo temprano.

Abell 370 es un cúmulo con varios cientos de galaxias en su núcleo. Fue uno de los primeros cúmulos donde los astrónomos observaron lentes gravitacionales y parte del proyecto Frontier Fields. Créditos: NASA, ESA, R. Bouwens y G. Illingworth (Universidad de California, Santa Cruz)

El campo profundo del Hubble no solo cambió la forma en que entendemos el universo, también cambió la forma en que compartimos los hallazgos.

«Esta unión de la comunidad para generar un conjunto de datos compartido y no propietario no tenía precedentes, pero desde entonces se ha convertido en el modelo para la mayoría de los grandes proyectos astronómicos», escribió la astrónoma de la Universidad de Washington Julianne Dalcanton. «Este nuevo modo de funcionamiento ha democratizado la astronomía».

Los datos de Hubble se compilaron para Legacy Field, una combinación de casi 7500 exposiciones de Hubble. Representa 16 años de observaciones, 265.000 galaxias y 13.300 millones de años, lo que la convierte en la colección más grande de galaxias documentada por Hubble.

El papel de seguir explorando el universo temprano recaerá en el telescopio espacial James Webb, que se espera que se lance a fines de 2021. Diseñado para ver incluso más atrás que el Hubble debido a su poderosa visión infrarroja, Webb promete observaciones emocionantes y nuevos descubrimientos. Pero nuestra comprensión en evolución comenzó con Hubble, y un equipo que no tenía miedo de explorar lo que parecía nada.

Traducción no oficial con fines divulgativos del articulo original en Ingles.
Créditos: NASA

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