Astroseti.org

Hubble nos lleva hacia los confines del espacio y del tiempo, hasta casi los principios mismos de nuestro universo.

La imagen de Hubble de Campo Ultra Profundo muestra objetos de una magnitud de hasta 30,7. En ella se han identificado docenas de galaxias diminutas e irregulares con corrimientos al rojo de hasta 5 a 7. como las que están encerradas en círculos en esta pequeña porción de esa imagen, y que se encuentran entre las primeras galaxias que se formaron en el universo. Crédito: NASA / ESA / Rogier Windhorst / Haojing Yan

En marzo, la NASA develó la imagen de Campo Ultra Profundo (UDF = Ultra Deep Field) del Telescopio Espacial Hubble, una exposición de 11,3 días que representa la mirada óptica más profunda que la humanidad ha tenido del universo.

Aunque está sembrada de hermosas galaxias espirales y elípticas que se encuentran a unos pocos miles de millones de años luz de la Tierra, varios equipos de astrónomos se han focalizado en los más tenues y lejanos objetos del UDF, diminutas manchas rojas que son casi imperceptibles. Es posible que no resulten muy llamativas, pero estas manchitas son las principales responsables de una de las transiciones más críticas del universo: la reionización.

La historia comienza momentos después del Big Bang, cuando el universo estaba tan caliente que la materia existía en un estado ionizado: una mar de núcleos atómicos y de electrones libres. A la edad de aproximadamente 380.000 el universo finalmente se enfrió lo suficiente como para que los electrones se pudieran combinar con los núcleos para formar átomos de hidrógeno y de helio; el universo se hizo neutro.

Pero los quásares distantes que se ven en la Inspección Digital del Cielo Sloan confirman que todo el gas intergaláctico estaba nuevamente ionizado para cuando el universo alcanzó los mil millones de años de edad, y así se mantiene hasta hoy en día. ¿Qué clase de objetos reionizó el gas, y cuando cumplieron su misión?.

Otra porción de UDF. Crédito: NASA / ESA / R. Windhorst / H. Yan

El 23 de setiembre, cinco equipos reportaron resultados de estudios de UDF en un taller de trabajo del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland. Todos los equipos estuvieron de acuerdo en que las manchas rojas representan pequeñas galaxias en el muy distante universo que están brillando con la luz de estrellas jóvenes. Pero no coinciden en cuánto estos objetos contribuyeron a la reionización.

Colectivamente, los equipos identificaron a unas 100 galaxias en el UDF ubicadas en aproximadamente un Z (corrimiento al rojo) de 6, lo que corresponde a una edad cósmica de unos mil millones de años. La espectroscopía consiguiente realizada con el Telescopio Hubble, el Telescopio Keck y el Telescopio Géminis confirmaron estos corrimientos al rojo.

Las galaxias parecen tener un tamaño de alrededor de un décimo del de la Vía Láctea, pero con tasas de formación estelar de 5 a 10 veces mayores. Muchas de estas galaxias enanas parecen estar muy juntas, lo que significa que estaban destinadas a fundirse y formar galaxias más grandes, como la nuestra.

Otra porción más de UDF. Crédito: NASA / ESA / R. Windhorst / H. Yan

Uno de los equipos, liderado por Andrew Bunker de la Universidad de Exeter, Inglaterra, concluye que estas galaxias primitivas no estaban formando estrellas con la velocidad suficiente como para reionizar el universo. “No vimos tanto formación estelar como la que esperábamos”, dijo Bunker. “Sencillamente, no hay suficientes fotones a esa distancia”.

Él y sus colegas sugieren que si estas galaxias primitivas crearon más estrellas masivas que las galaxias de hoy en día, o si hubo una generación anterior de formación estelar, éso podría explicar la razón de la reionización del universo a la distancia de Z=6. Pero agregó Bunker: “Lo que vemos, y lo que conocemos con seguridad, no pudo haber reionizado el universo”.

Por otra lado, Massimo Stiavelli, del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, y sus colegas, concluyen que la población de galaxias enanas que se ven en el UDF podrían haber reionizado el universo sin la ayuda de otros objetos. Realizaron la presunción razonable de que estas estrellas se formaron a partir de nueves que carecían de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio.

Estas estrellas pudieron haber sido más masivas y más calientes que las estrellas formadas aún con pequeñas cantidades de elementos pesados (conocidos como metales), de modo que produjeron más radiación ultravioleta, la que ionizó más eficientemente al gas. “Pensamos que las galaxias que encontró Andy Bunker pueden realizar la tarea de reionizar el universo, si sus estrellas son pobres en metales”, dijo Stiavelli.

Tres galaxias que no aparecen en la imagen ACS de luz visible e infrarrojo cercano (columna izquierda), se muestran en la imagen infrarroja de NICMOS (columna derecha). Estas galaxias aparecen en el infrarrojo pero no en longitudes más cortas debido a la expansión cósmica. La letra Z en cada imagen representa el corrimiento al rojo de la galaxia. Crédito: Rychard Bouwens, Garth Illingworth (University of California, Santa Cruz), Rodger Thompson (University of Arizona), and NASA/ESA.

Haojing Yan, de Caltech, y Rogier Windhorst, de la Universidad del Estado de Arizona, tomaron un rumbo diferente. Hicieron notar que el número de galaxias enanas distantes aumenta hacia el umbral de detectabilidad de UDF, así que estos objetos deben representar la punta del iceberg de una población mucho mayor. “Necesitamos hacer una corrección por lo incompleto de la investigación, o de lo contrario tendremos una imagen distorsionada de la distribución”, dice Yan.

Ciertamente, como Yan y Windhorst arguyen, hay objetos aún más tenues a distancias no vistas en el UDF. Al estimar el número de objetos no visibles, encuentran que la emisión total de luz proveniente de las galaxias enanas debería haber sido suficiente como para reionizar el universo. “Tenemos confianza en que esos objetos son reales”, dijo Yan. “No necesitamos nuevas clases de fuentes de reionización”.

Telescopio Espacial Hubble Crédito: NASA / ESA

Garth Illingworth de la Universidad de California, Santa Cruz, y sus colegas examinaron cuidadosamente las dos versiones diferentes del UDF: una tomada en luz visible y del infrarrojo cercano con la Cámara Avanzada para Inspecciones (ACS = Advanced Camera for Surveys) y otra tomada en el infrarrojo con el Espectrómetro Multi-Objeto y Cámara de Infrarrojo Cercano (NICMOS = Near-Infrared and Multi-Object Spectrometer).

Hallaron varios objetos candidatos en la imagen NICMOS que no aparecen en la imagen ACS. Illinworth piensa que estas son galaxias enanas con corrimientos al rojo de 7 u 8, lo que significa que ya existían apenas de 650 a 800 millones de años después del Big Bang. Estas galaxias no aparecen en el campo profundo de ACS porque la expansión cósmica ha corrido la luz estelar hacia el rojo hasta llevarla fuera de la parte visible del espectro.

Recinto Géminis Sur en Cerro Pachón, Chile. Crédito: Gemini Observatory / AURA

Presumiblemente, las galaxias enanas se formaron relativamente pronto luego del Big Bang, quizás cuando solamente tenía 500 millones de años de edad (lo que correspondería a un corrimiento hacia el rojo de 10). Habrían comenzado la reionización casi tan pronto como nacieron, y completaron su tarea 500 millones de años después.

El equipo final, liderado por James Rhoads y Sangeeta Malhotra del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, identificó un marcado racimo de galaxias enanas con un corrimiento al rojo de 5,9. Notaron el acumulamiento inicial en el UDF, pero hallaron aún más miembros con el Telescopio Blanco de 4 metros del Observatorio Inter-americano de Cerro Tololó, en Chile. El descubrimiento muestra que las galaxias comenzaron a arracimarse en capas y vacíos muy temprano en la historia galáctica.

Algunos telescopios de Mauna Kea (de izquierda a derecha): Subaru, Keck I, Keck II, e Infrarrojo de la NASA. Crédito: Keck Observatory

“Esta es la estructura de este tipo más distante que se haya visto hasta ahora”, dice Rhoads. El y Malhotra arguyen que la reionización debe haber sucedido en diferentes momentos en diferentes lugares, ya que las regiones con una gran densidad de galaxias fueron reionizadas más rápidamente que las regiones de baja densidad. “La reionización ocurrió de una forma irregular”, dijo Rhoads. “Las regiones con más luz eliminaron la niebla antes”.

A pesar de la falta de consenso acerca de si estas galaxias enanas pudieron por sí solas reionizar el universo, el comentarista independiente Richard Ellis, de Caltech, remarcó el notable acuerdo acerca de lo que se había visto. Los teóricos, hizo notar Ellis, han especulado sobre esta época del amanecer cósmico durante décadas. “Estamos pasando de una era de teoría para pasar a una era de observación”, dijo. “Ésto es un hito. La secuencia de campos profundos del Hubble y de otros telescopios han modificado la forma en que hacemos astronomía. Tenemos todavía muchos asuntos sin resolver, pero el camino está claramente delineado”.

Telescopio de 4 mt. Víctor M. Blanco en Cerro Tololó, Chile. Crédito: CTIO / NOAO

Todos los participantes del taller de trabajo remarcaron que las observaciones actuales llegan hasta los mismos límites de los instrumentos disponibles. Para comprender el universo primigenio y la importancia de las diferentes fuentes que contribuyeron a la reionización, será imprescindible enviar por lo menos una nueva misión al Hubble para instalar la nueva Cámara Gran Angular 3, un avanzado instrumento infrarrojo que ya ha sido construido y que debería poder ver aún más lejos en el espacio y en el tiempo que ACS y que NICMOS.

Para retroceder aún más y penetrar en la época en que recién comenzaron a formarse las galaxias se requerirá la puesta en marcha del sucesor del Hubble: el Telescopio Espacial James Webb, que a la fecha tiene previsto su lanzamiento para el año 2011.

- NOTAS Y COMENTARIOS -
El Telescopio Espacial James Webb:

Imagen artística del Telescopio Espacial James Webb. Crédito: Northrop Grumman Space Technology

El Telescopio Espacial James Webb (JWST = James Webb Space Telescope) es un observatorio infrarrojo que ocupará el lugar del Telescopio Espacial Hubble a comienzos de la próxima década.

Estudiará el universo en una muy importante pero anteriormente no observada época de formación galáctica. Atisbará a través del polvo para ser testigo del nacimiento de estrellas y sistemas planetarios similares al nuestro. Y al utilizar el JWST, los científicos esperan lograr una mejor comprensión del intrigante problema de la materia oscura. Este telescopio será un elemento clave en el Programa Orígenes de la NASA.

La fecha propuesta de lanzamiento es en agosto de 2011, y su misión durará de 5 a 10 años. Pesará unos 6.200 kg y tendrá un espejo primario de 6,5 metros pero con una masa de apenas un tercio del que transporta el Hubble.

Entre sus instrumentos se cuentan una Cámara de Infrarrojo Cercano (NIRCam), un Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano (NIRSpec), un Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) y Sensores de Guía Fina.

Estará ubicado a una distancia de 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, en el así llamado Punto Lagrange 2 (L2). El costo estimado es de unos 825 millones de dólares.

James Edwin Webb:

James Edwin Webb.

James Edwin Webb (7 de octubre, 1906 - 27 de marzo, 1992) fue el segundo administrador de la NASA, cargo que ocupó desde el 14 de febrero de 1961 al 7 de octubre de 1968.

Bajo su dirección, la agencia encaró la meta fijada por el Presidente Kennedy de hacer descender un astronauta estadounidense en la Luna antes de finalizar la década de los ‘60. Su conocimiento de los interiores de Washington y su esfuerzo personal lograron finalmente el apoyo continuado y los recursos para lograr cumplirla.

Estaba a cargo de la NASA durante el incidente del Apolo 1. Enfrentando personalmente a varios comités del Congreso, logró evitar que el hecho afectara a la agencia y a la administración del Presidente Johnson. Como resultado, la imagen y el apoyo popular a la NASA quedaron indemnes.

Webb abandonó la dirección de la NASA en octubre de 1968, justo cuando el programa Apolo se acercaba a su exitosa culminación.

Fue enterrado en el Cementerio Nacional de Arlington, y la NASA decidió en 2002 bautizar con su nombre al telescopio espacial de nueva generación.

Heber Rizzo

---

Web Site: Sky & Telescope
Artículo: “Hubble Presses Toward Cosmic Dawn”
Autor: Robert Naeye
Fecha: Setiembre 24, 2004

---

Para Astroseti.org: Heber Rizzo Baladán

---