El Proyecto de Campo Profundo del Hubble:
Una de las principales justificaciones científicas para la construcción del Telescopio Espacial Hubble,
fue su uso para medir el tamaño y la edad del universo, comprobar teorías sobre su origen en el Big Bang,
y la aparición de la estructura a gran escala, como en los vastos filamentos de galaxias.
Vivimos dentro de un universo que se expande y evoluciona.
Imágenes de galaxias distantes ofrecen evidencia "fósil" de como se veía el universo cuando tenía sólo una fracción de su edad actual.
Entender la evolución galáctica, es un pre-requisito para emprender aún más fundamentales cuestiones,
acerca de la expansión del espacio y el destino final del universo.
El proyecto de Campo Profundo del Hubble fue inspirado por algunas de las primeras imágenes profundas que llegaron del telescopio,
luego de la misión de servicio del HST en 1993.
Estas imágenes mostraron que el universo primitivo contenía galaxias en una sorprendente variedad de formas y tamaños.
Algunas tenían las familiares formas elípticas y espirales vistas en galaxias normales,
pero había muchas formas peculiares no visibles comúnmente en el universo local.
Tales imágenes del universo primitivo serán probablemente, uno de los legados perdurables del Telescopio Espacial Hubble.
Pocos astrónomos habían esperado ver esta actividad, presentada en tan sorprendente detalle.
La Decisión:
Impresionados por los resultados de anteriores observaciones, como el Sondeo de Mediana Profundidad del Hubble (Hubble Medium Deep Survey),
un comité consultivo especial encabezado por Robert Williams, Director del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI),
recomendó que él usara una fracción significativa de su tiempo discrecional anual para tomar la imagen más profunda del universo,
apuntando el Hubble durante 150 órbitas consecutivas a un solo sitio en el cielo.
La investigación se está haciendo como un servicio para toda la comunidad astronómica.
Las imágenes del proyecto de Campo Profundo del Hubble
estarán disponibles para los astrónomos en todo el mundo poco después de completada la observación.
El Contexto Científico:
Al igual que escalar la montaña más alta, tomar la imagen más profunda,
ha sido la meta de cada telescopio que ha expandido las fronteras del poder de recolección de luz, resolución, o rango espectral.
Cuando el gran telescopio Hale de 200 pulgadas en Monte Palomar, entró en operación hace 50 años,
los astrónomos confiaban en usar tales observaciones
para proveer evidencia directa para verificar o desmentir la opinión general de que el universo está en expansión
y de que el espacio está "curvado" por la gravedad, como predecía la teoría de la relatividad general de Einstein.
Así como la curvatura de La Tierra puede ser demostrada por medio de cuidadosas medidas de distancias y ángulos sobre su superficie,
debería ser posible verificar que el universo está curvado, por medio de cuidadosas mediciones de los brillos y tamaños de las galaxias.
Por ejemplo, si las galaxias fuesen todas del mismo tamaño, y distribuidas uniformemente en el espacio,
entonces sería posible medir la curvatura del espacio simplemente midiendo los tamaños aparentes
y comparando el número de grandes y cercanas galaxias, con el número de las más pequeñas y distantes.
Al principio de los 60, tales mediciones aparentaban estar bien dentro de la capacidad de los telescopios basados en tierra.
Sin embargo, se hizo aparente que estas pruebas no serían tan directas como se esperaba.
Debido a que la luz que nos llega ahora desde galaxias distantes, salió de ellas hace billones de años,
las estamos viendo como cuando eran mas jóvenes.
Para hacer pruebas geométricas de la curvatura del universo,
es esencial corregir por la cambiante apariencia de las galaxias a medida que envejecen.
Un problema central, es que las más simples ideas sobre la evolución de las galaxias,
están basadas en la observación de las galaxias cercanas, sus tamaños aparentes, y su distribución en el espacio.
Esto significa, que una vista de las galaxias jóvenes falta en los modelos fundamentales de evolución galáctica,
o en la imagen actual del universo mismo.
Observaciones en los años 70 y 80, mostraron que el universo no es tan simple como se asumió al principio. Las galaxias no están aleatoriamente distribuidas en el cielo, sino que forman grandes conglomerados, frentes y láminas. Esto hizo a los astrónomos y físicos comprender que, saber cómo las estructuras a gran escala se formaron y desarrollaron, proveería una clave sobre el origen del universo.
La estructura a gran escala del universo, podría reflejar procesos de mucho menor escala, o cuánticos,
que actuaron poco después del Big Bang, cuando el universo era sólo una sopa de partículas sub-atómicas.
Mucho más tarde en la historia del universo, la estructura fue dominada por la gravedad.
En esta visión, la atracción gravitacional ocurría principalmente entre nubes de "materia oscura"
-- partículas sub-atómicas que constituyen la mayor parte de la masa del universo.
Las galaxias se formaron en las más densas concentraciones de materia oscura, como espuma en la cresta de las olas en el océano.
La idea básica es que el universo se formó en el Big Bang y que la estructura surgió de fluctuaciones cuánticas primarias. Sin embargo, los astrofísicos tienen muchas variaciones teóricas sobre este tema. Por ejemplo, diferentes formas de materia oscura predicen un carácter diferente para las ondas y rizos del universo primitivo, otras teorías no incluyen el Big Bang o las fluctuaciones cuánticas.
Para ser consideradas exitosas, las teorías cosmológicas deben explicar la distribución de tamaños, formas, colores y posiciones de las galaxias en ambos, el universo cercano y a largas distancias. El Campo Profundo del Hubble y otras observaciones del Hubble, permitirán a los astrónomos compilar precisos catálogos de los tamaños, formas, colores y distancias de galaxias de muy bajo brillo. Con estas observaciones, los astrónomos esperan proveer un sólido terreno de prueba para "modelos del mundo" en competencia.
Cuantas galaxias hay en el universo?
El Campo Profundo del Hubble será usado para contar galaxias 10 veces menos brillantes
que las más profundas en imágenes existentes del Hubble.
Más allá de los límites de detección de galaxias individuales,
los astrónomos estudiarán el nivel de fondo en las imágenes para tratar de deducir cuanta luz extra proviene de galaxias no vistas.
Observando a través de cuatro diferentes filtros de color,
el Campo Profundo del Hubble provee una forma única para distinguir muy distantes galaxias de otras cercanas.
El hidrógeno, tanto dentro de las galaxias lejanas, como en el espacio intergaláctico,
absorbe algo de la luz ultravioleta de las galaxias muy lejanas.
El efecto cumulativo de esta absorción es hacer que estas galaxias esencialmente se desvanezcan en el ultravioleta.
Esta técnica de buscar la "desaparición ultravioleta" de galaxias,
ha sido exitosamente utilizada con telescopios terrestres durante los últimos meses, pero será una nueva experiencia para el Hubble,
porque requiere una mayor inversión de tiempo de observación que el normalmente asignado a un observador individual.
Cómo evolucionó la estructura a gran escala en el universo?
El campo profundo del Hubble será utilizado para producir un estudio estadístico de la distribución de las galaxias en el cielo.
Esta es una prueba esencial de los modelos para la estructura del universo y para las teorías de formación de galaxias.
Predecir cómo la aglomeración debería variar con el brillo (u otras propiedades de las galaxias),
es un reto clave para los modelos de formación de estructura.
Observaciones actuales muestran que las galaxias tienden a agruparse cerca de otras galaxias.
Sin embargo, las galaxias de menor brillo están casi uniformemente distribuidas en el cielo.
El campo profundo del Hubble llevará estos estudios a límites de menor brillo.
Cómo se ensamblaron las galaxias?
Estudios detallados de las edades y composiciones químicas de las estrellas en nuestra propia galaxia,
sugieren que ha llevado una existencia relativamente calmada,
formando estrellas a razón de unos pocos soles por año durante los últimos 10 mil millones de años.
Otras galaxias espirales parecen tener historias similares.
Si ésta es la típica evolución para las galaxias espirales,
entonces se pueden hacer predicciones sobre cómo se veían cuando tenían la mitad de su edad actual
-- incluyendo su tamaño, color y abundancia.
Esta información, combinada con las distancias derivadas por observación espectroscópica basada en tierra,
proveerá una prueba para las teorías sobre las galaxias espirales.
La otra importante clase de galaxias visible en el universo cercano, es la elíptica,
agregados estelares de forma ovoidal que parecen ser muy antiguos y dejaron de formar galaxias hace mucho tiempo.
Hay actualmente mucho debate, acerca de cuando se formaron estas galaxias y sobre si se formaron por colisiones de otros tipos de galaxias,
o a través del colapso de una nube de gas primitiva en el joven universo.
El Campo Profundo del Hubble, junto con otras imágenes de Hubble, proveen una foto a través del tiempo,
que puede ser usada para buscar galaxias elípticas distantes,
o galaxias primitivas que pudieran más tarde evolucionar en galaxias elípticas.
Es el universo abierto o cerrado?
Un universo abierto se expande para siempre, porque no contiene suficiente materia (tiene poca densidad de masa).
Se dice que este espacio está curvado negativamente, como fue primero descrito por Einstein en su ley de la Relatividad General.
Un universo cerrado, eventualmente deja de expandirse y luego comienza a contraerse, para últimadamente colapsar en un agujero negro.
En tal universo el espacio se describe como positivamente curvado
-- el universo se pliega sobre si mismo y el espacio es ilimitado pero finito.
La distribución de las galaxias en las imágenes en el Campo Profundo del Hubble, podría producir claves sobre la curvatura del espacio.
Los resultados del Campo Profundo del Hubble,
serán comparados con los modelos que predicen cómo debería verse el universo si fuese abierto o cerrado.
Si ciertas clases de galaxias pueden ser identificadas, en las que la incertidumbre en su evolución sea pequeña,
entonces los tamaños, brillos y el número de ejemplos de poco brillo de estas galaxias,
podrán ser comparadas con las propiedades locales para estimar la curvatura cosmológica.
El texto del press release original está disponible vía World Wide Web en
Hubble's Deepest View of the Universe Unveils Bewildering Galaxies across Billions of Years
(HubbleSite - NewsCenter - Background Info, January 15, 1996)
El Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial es operado por la Asociación de Universidades para Investigación en Astronomía, Inc. (AURA),
para la NASA, bajo contrato con el Centro Goddard para el Vuelo Espacial, en Greenbelt, Maryland.
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la Agencia Espacial Europea.
Actualizada: Mayo 5 '96
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Regreso: Observatorio ARVAL - Gallería de Imágenes - Campo Profundo del Hubble
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