Cómo el telescopio espacial romano de la NASA podría expandirse en la vista más profunda del Hubble

El Telescopio Espacial Romano es un observatorio de la NASA diseñado para desentrañar los secretos de la energía oscura y la materia oscura, buscar e fotografiar exoplanetas y explorar muchos temas en astrofísica infrarroja. Crédito: NASA

Un equipo de astrofísicos ha creado una imagen simulada que muestra cómo el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman podría realizar una mega exposición similar pero mucho más grande que la célebre Imagen de Campo Ultra Profundo del Hubble. Esta observación del Hubble transformó nuestra visión del universo primitivo, revelando galaxias que se formaron unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang.

“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 Nicole Drakos, becaria postdoctoral en la Universidad de California Santa Cruz, quien dirigió el estudio. “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”.

Al capturar la imagen del campo ultraprofundo del Hubble, los astrónomos apartaron las cortinas cósmicas para revelar que una pequeña porción aparentemente vacía del cielo estaba repleta de miles de galaxias, cada una de las cuales contenía miles de millones de estrellas. El equipo del Hubble aprovechó el poder de un tiempo de exposición prolongado, cientos de horas entre 2002 y 2012, lo que permitió que el telescopio recolectara más luz de la que podría en una sola observación breve. La imagen resultante nos ayudó a ver más de 13 mil millones de años atrás en el tiempo.

Imagen sintética de campo ultraprofundo romano

Esta imagen sintética visualiza cómo podría verse un campo romano 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. Roman podía mirar a través de más de 13 mil millones de años de historia cósmica, remontándose a cuando el universo tenía solo 500 millones de años. Estas galaxias distantes son extremadamente débiles, por lo que Roman tendría que mirar fijamente un punto en el espacio durante varios días para captar suficiente luz de ellas. El amplio campo de visión de la misión proporcionará una increíble cantidad de datos, lo que ayudará a los astrónomos a encontrar objetos raros en la época de la reionización. La gran área que Roman observará también mostrará diferencias en las propiedades de las galaxias en función de su entorno circundante, lo que permitirá a los astrónomos comprender mejor cómo se formaron las primeras galaxias. Crédito: 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 ofrece una ventana increíble al universo primitivo, pero extremadamente estrecha, que cubre menos de una diezmillonésima parte de todo el cielo. La nueva simulación muestra el poder de Roman para realizar una observación similar a una escala mucho mayor, revelando millones de galaxias en lugar de miles. Si bien un campo ultraprofundo romano sería tan nítido como el del Hubble y se vería igual de atrás en el tiempo, podría revelar un área 300 veces más grande, ofreciendo una visión mucho más amplia de los ecosistemas cósmicos.

“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”.

Para generar su imagen de campo ultraprofundo romano simulado, Drakos y sus coautores crearon un catálogo sintético de galaxias, completo con información detallada sobre cada una. Al hacerlo, el equipo creó esencialmente un universo simulado, basando sus galaxias sintéticas en simulaciones de materia oscura y modelos basados ​​en la observación. Pusieron a disposición del público el catálogo de galaxias para que otros científicos puedan usarlo para prepararse para futuras observaciones romanas. El equipo también creó un sitio web interactivo donde los usuarios pueden hacer zoom y desplazarse por la imagen de resolución completa.

Los resultados del equipo serán publicados en El diario astrofísico.


Este video demuestra cómo Roman podría ampliar la icónica imagen de campo ultraprofundo del Hubble. Si bien una observación romana similar sería tan nítida como la del Hubble y se vería igual de atrás en el tiempo, podría revelar un área 300 veces más grande, ofreciendo una visión mucho más amplia de los ecosistemas cósmicos. Crédito:

NASA
Establecida en 1958, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) es una agencia independiente del Gobierno Federal de los Estados Unidos que sucedió al Comité Asesor Nacional para la Aeronáutica (NACA). Es responsable del programa espacial civil, así como de la investigación aeronáutica y aeroespacial. Su visión es “Descubrir y ampliar el conocimiento en beneficio de la humanidad”.

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Mirando a lo largo y ancho

Los astrónomos generalmente tienen que elegir entre tomar una imagen superficial de área amplia y capturar una imagen profunda muy sensible, ya que el tiempo del telescopio es un bien preciado. Pero con el enorme campo de visión y la visión infrarroja de Roman, podrán mirar a lo largo y ancho simultáneamente, abriendo nuevas vías de exploración cósmica.

Drakos y sus coautores muestran que un programa de campo ultraprofundo romano podría revelar más de un millón de galaxias dispersas a lo largo de la historia cósmica, desde galaxias muy jóvenes y pequeñas que apenas comienzan a formar estrellas hasta la era moderna, que presenta muchas galaxias masivas, a menudo relativamente inactivas. galaxias Los científicos podrían investigar cómo las galaxias pasan de formar muchas estrellas nuevas a esta etapa más tranquila, cuando se completa la formación de estrellas.

Actualmente, las posibles causas de esta metamorfosis son poco conocidas, pero el amplio poder de visualización de Roman podría ofrecer pistas sobre cómo el entorno de una galaxia, como su ubicación en relación con otras galaxias o cúmulos de galaxias, afecta su formación estelar.

Campo ultraprofundo del Hubble

La imagen de campo ultraprofundo del Hubble, presentada por primera vez en 2004 con observaciones adicionales en los años siguientes, reveló miles de galaxias que se remontan a unos pocos cientos de millones de años del Big Bang. Roman podría realizar una observación similar a una escala mucho mayor, revelando millones de galaxias en lugar de miles. Un campo ultraprofundo romano ofrecería una vista detallada de los entornos que rodean a las galaxias en diferentes etapas de desarrollo, proporcionando pistas sobre cómo evolucionan. Crédito: NASA, ESA, H. Teplitz y M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Universidad Estatal de Arizona) y Z. Levay (STScI)

Las galaxias en las que ha terminado la formación estelar, conocidas como galaxias inactivas, son cada vez más difíciles de encontrar cuanto más atrás en el tiempo miran 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.

Drakos y sus coautores demostraron que la capacidad de Roman para obtener imágenes de grandes parches del universo distante y revelar objetos raros y débiles podría ayudar a los astrónomos a encontrar hasta 100,000 galaxias inactivas, probablemente incluidas algunas de las más lejanas jamás descubiertas. Los astrónomos también podrían usar observaciones romanas de campo ultraprofundo para determinar si las galaxias pasan de la formación de estrellas a la inactividad de manera diferente en diferentes eras cósmicas.

El fin de las “edades oscuras” cósmicas

El trabajo del equipo muestra que Roman podría iluminar nuestra comprensión de un evento cósmico de hace mucho tiempo llamado reionización. Poco después del Big Bang, el universo se llenó de un mar caliente de

plasma
El plasma es uno de los cuatro estados fundamentales de la materia, junto con sólido, líquido y gas. Es un gas ionizado formado por iones positivos y electrones libres. Fue descrito por primera vez por el químico Irving Langmuir en la década de 1920.

“>plasma – partículas cargadas – que formaron un fluido denso e ionizado. A medida que el universo se enfrió, las partículas pudieron unirse para formar átomos de hidrógeno, lo que resultó en una niebla de hidrógeno neutral. Esto marcó una era llamada las “edades oscuras” cósmicas, ya que esta niebla impedía que las longitudes de onda de luz más cortas, que pueden haber sido emitidas por galaxias jóvenes en formación o cuásares, viajaran muy lejos.

Pero luego los átomos de hidrógeno neutro se separaron, volviendo a convertirse en partículas cargadas en una época de reionización. La niebla se disipó, transformando el universo de ser mayormente opaco al brillante paisaje estelar que vemos hoy. Los hallazgos del telescopio espacial Spitzer de la NASA sugieren que las primeras galaxias liberaron cantidades extremadamente altas de radiación ionizante (luz ultravioleta, rayos X y rayos gamma) que podrían haber interrumpido la niebla de hidrógeno.

Un programa de campo ultraprofundo romano podría avanzar en nuestra comprensión de la época de la reionización al revelar amplias imágenes que contienen más de 10 000 galaxias de esta edad cósmica relativamente breve, que ocurrió en algún momento entre cuando el universo tenía alrededor de 600 millones a 900 millones de años, y una vista detallada de los entornos alrededor de estas galaxias. Esto podría ayudar a los científicos a comprender qué causó la reionización, cuándo ocurrió exactamente y si su aparición fue uniforme o irregular.

Roman también tiene el poder de revelar cómo evolucionaron con el tiempo las galaxias y los cúmulos de galaxias, que forman algunas de las estructuras más grandes del universo. Los científicos creen que las galaxias nacieron dentro de vastos grupos esféricos de materia oscura llamados halos. Las observaciones indican que la luminosidad de cada galaxia, o brillo absoluto, está vinculada a la masa del halo de materia oscura en el que reside. Al crear una imagen de campo ultraprofundo, Roman podría ayudar a los astrónomos a comprender mejor esta conexión. Esto tiene implicaciones no solo para la formación de galaxias, sino también para el modelo cosmológico estándar, el modelo teórico de cómo evoluciona el universo, que incluye un parámetro de acumulación de materia oscura.

“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 increíble pensar que nadie sabía con seguridad 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 Telescopio Espacial Nancy Grace Roman es administrado en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, con la participación del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y Caltech/IPAC en el sur de California, el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore y un equipo científico compuesto por científicos de varios instituciones de investigación. Los principales socios industriales son Ball Aerospace and Technologies Corporation en Boulder, Colorado; L3Harris Technologies en Melbourne, Florida; y Teledyne Scientific & Imaging en Thousand Oaks, California.

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