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.
Space Telescope Science Institute
Actualizada: Mayo 5 '96
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Regreso: Observatorio ARVAL - Gallería de Imágenes - Campo Profundo del Hubble
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