Durante 20 años, la Advanced Camera for Surveys (ACS) ubicada en el Telescopio Espacial Hubble de la NASA nos ha desvelado nuevos e intrigantes secretos del universo, observando las profundidades del espacio con una claridad sin precedentes. El 7 de marzo de 2002, los astronautas instalaron la ACS durante la Hubble Servicing Mission 3B, también conocida como STS-109. Con su amplio campo de visión, su nítida calidad de imagen y alta sensibilidad, la ACS del Hubble, ha proporcionado muchas de las imágenes más impresionantes del espacio profundo.
El ex astronauta Mike Massimino, uno de los dos astronautas que instalaron la ACS, recuerda: “Sabíamos que la ACS añadiría mucha capacidad de descubrimiento al telescopio, pero no creo que nadie entendiera realmente todo lo que podía hacer. Nos iba a desbloquear los secretos del universo”.
La ACS ha cumplido esa promesa. Después de su instalación, la ACS se convirtió en el instrumento más utilizado por Hubble. Entre sus muchos logros, la cámara ayudó a mapear la distribución de la materia oscura, detectó los objetos más distantes del universo, buscó planetas masivos y estudió la evolución de cúmulos de galaxias.
“Cuando la ACS se instaló en el Hubble, el telescopio ya era famoso por tomar imágenes profundas del universo distante, como el campo profundo del Hubble”, explicó Tom Brown, jefe de la Hubble Space Telescope Mission Office en el Space Telescope Science Institute (STScI) en Baltimore, Maryland. “Sin embargo, debido a que la ACS era tan poderosa en relación con las cámaras anteriores, se convirtió en una rutina ver galaxias muy distantes en el fondo de las imágenes del Hubble, incluso cuando estábamos mirando objetos cercanos”.
Un ejemplo de esto es una espectacular galaxia quebrantada llamada Tadpole (UGC 10214). Los astrónomos fotografiaron la galaxia poco después de la instalación de la ACS para demostrar las capacidades de la cámara. Con su larga cola de estrellas, la galaxia parecía un molinillo de fuegos artificiales fuera de control. Pero lo que fue realmente sorprendente fue el telón de fondo: un rico tapiz de 6000 galaxias capturadas por la ACS.
“La Advanced Camera for Surveys supuso un nuevo paradigma para los instrumentos del Telescopio Espacial Hubble cuando fue diseñada. Ha estado a la altura de las expectativas, demostrando ser uno de los instrumentos científicamente más productivos del Hubble”, dijo Mark Clampin, director de la Sciences and Exploration Directorate en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. Antes de unirse a Goddard, Clampin fue líder del grupo de la ACS en STScI, donde trabajó en tres misiones de mantenimiento del Hubble.
En enero de 2007, un mal funcionamiento electrónico dejó inoperables los dos canales científicos más utilizados en la ACS. Gracias al desarrollo de la ingeniería, los astronautas que realizaron los paseos extravehiculares en la Hubble Servicing Mission 4 (STS-125), repararon el Wide Field Channel (el responsable del 70 por ciento de las tareas científicas de la ACS anteriores a 2007). Sin embargo, el High Resolution Channel no pudo repararse. Aun así, dos décadas después de su misión, la ACS continúa brindando conocimientos científicos innovadores.
“La Advanced Camera for Surveys nos ha abierto los ojos a un universo profundo y activo durante dos décadas”, dijo Jennifer Wiseman, científica sénior del proyecto Hubble de la NASA. “Esperamos aún más descubrimientos con esta cámara, junto con otros instrumentos científicos del Hubble, durante muchos años”.
Hasta la fecha, la ACS ha tomado más de 125.000 fotografías. Estas observaciones han generado numerosos descubrimientos, algunos de los cuales se destacan a continuación.
Créditos: NASA, ESA, SYSTEM Sounds (M. Russo, A. Santaguida).
El Ultra Deep Field del Hubble
Sin duda, de sus observaciones más importantes, la ACS reveló un conjunto de los retratos más profundos del universo jamás logrados por la humanidad. En el Ultra Deep Field original del Hubble, de 2004, la ACS se asoció con la Near Infrared Camera and Multi-object Spectrometer del Hubble para capturar la luz de las galaxias que existieron hace unos 13 mil millones de años, de unos 400 a 800 millones de años después del Big Bang. Esta exposición de un millón de segundos reveló nuevos conocimientos sobre algunas de las primeras galaxias que surgieron de las llamadas “edades oscuras”, el tiempo que tuvo lugar poco después del Big Bang, cuando las primeras estrellas recalentaron el frío y oscuro universo.
En versiones posteriores, la ACS se asoció con otros instrumentos del Hubble para refinar la profundidad y el alcance del Ultra Deep Field original del Hubble. Estos retratos llevaron a la humanidad a obtener una vista del universo a 435 millones de años del Big Bang, capturando imágenes de los primeros objetos en el cosmos. Cambiaron para siempre nuestra visión del universo y generaron innumerables colaboraciones.
Los Frontier Fields
Créditos: NASA, ESA, R. Bouwens y G. Illingworth (Universidad de California, Santa Cruz).
Siguiendo el espíritu del Ultra Deep Field del Hubble, los Frontier Fields con la ayuda de lentes cósmicas gigantes en el espacio, extendieron aún más el alcance del Hubble. La inmensa gravedad de los cúmulos masivos de galaxias deforma la luz de las galaxias más distantes, distorsionando y magnificando la luz hasta que esas galaxias (demasiado débiles para que el Hubble las pueda observar directamente) se vuelven visibles. Los Frontier Fields combinaron el poder del Hubble con el poder de estos “telescopios naturales” para revelar galaxias de 10 a 100 veces más débiles que las que podría ver el Hubble solo. Los astrónomos utilizaron simultáneamente la ACS (para obtener imágenes de luz visible) y la Wide Field Camera 3 del Hubble (para su detección infrarroja).
En el transcurso de tres años, el Hubble dedicó 840 órbitas alrededor de la Tierra, es decir, más de 1330 horas, a estudiar seis cúmulos de galaxias y seis “campos paralelos” (regiones cercanas a los cúmulos de galaxias). Si bien estos campos paralelos no se podían usar para lentes gravitacionales, el Hubble realizó observaciones de “campo profundo” en ellos: observaciones de larga duración a las profundidades del espacio. A través del poder de las lentes gravitacionales, el Hubble pudo observar mayor profundidad en el espacio que nunca, mientras que las observaciones de campo paralelo ampliaron nuestro conocimiento del universo primitivo que comenzó con el Deep Fields y el Ultra Deep Field del Hubble.
Ayudó a la misión New Horizons a fotografiar a Plutón
La ACS capturó las imágenes más detalladas del planeta enano Plutón, años antes del sobrevuelo de la New Horizons. Las imágenes revelaron un cuerpo helado, moteado y de color melaza oscuro que experimenta cambios estacionales de superficie y brillo. Las imágenes de la ACS fueron invaluables para planificar los detalles del sobrevuelo de la New Horizons en 2015, al mostrar qué hemisferio parecía más interesante para que la nave espacial tomara instantáneas de primer plano durante su breve encuentro.
El misterioso Fomalhaut b
Crédito de la imagen: NASA, ESA.
En 2008, la ACS tomó la primera instantánea en luz visible de lo que inicialmente se pensó que era un planeta, denominado Fomalhaut b, que orbitaba alrededor de la cercana y brillante estrella austral Fomalhaut. El objeto de aspecto diminuto, apareció como un punto junto a un vasto anillo de escombros helados que rodeaba a Fomalhaut. En los años siguientes, los investigadores rastrearon el objeto a lo largo de su trayectoria. Pero con el tiempo, el punto se expandió y se volvió más débil. Según algunos investigadores, en lugar de un planeta, ahora se cree que es una nube en expansión de partículas de polvo muy finas como resultado de dos cuerpos helados que chocaron entre sí. La naturaleza del objeto aún se está debatiendo, y los estudios de seguimiento pueden desentrañar este misterio en el futuro.
El eco de luz de V838 Monocerotis
La ACS capturó un fenómeno poco común en el espacio llamado eco de luz, donde la luz de una estrella en erupción se refleja o “hace eco” en el polvo y luego viaja a la Tierra. El eco vino de la estrella variable V838 Monocerotis (V838 Mon). A principios de 2002, V838 Mon aumentó temporalmente su brillo hasta convertirse en 600.000 veces más brillante que nuestro Sol. El motivo de la erupción aún no está claro.
La luz de V838 Mon se propagó hacia el exterior a través de una nube de polvo que rodeaba la estrella. Debido a la distancia adicional que viajó la luz dispersada, llegó a la Tierra años después que la propia luz del estallido estelar. La ACS monitoreó la luz del estallido estelar durante varios años mientras continuaba reflejándose en las capas de polvo que rodeaban a la estrella. El fenómeno es un análogo de un sonido producido cuando un aullido de un lobo resuena en las laderas de las montañas circundantes. El espectacular eco de luz permitió a los astrónomos ver secciones transversales de polvo que cambiaban continuamente alrededor de la estrella. La longevidad y consistencia de la ACS es fundamental para este tipo de investigación.
Colisión de las galaxias Vía Láctea y Andrómeda
Al medir el pequeño movimiento lateral de un grupo de estrellas de nuestra galaxia vecina Andrómeda, la ACS permitió a los astrónomos calcular que Andrómeda y nuestra Vía Láctea colisionarán dentro de unos 4 mil millones de años. Andrómeda, también conocida como M31, está ahora a 2,5 millones de años luz de distancia, pero se está acercando hacia la Vía Láctea debido a la atracción mutua de la gravedad de las dos galaxias. La predicción es que se fusionarán en una sola galaxia elíptica similar a las que se ven comúnmente en todo el universo.
Créditos: NASA, N. Benitez, T. Broadhurst, H. Ford, M. Clampin, G. Hartig, G. Illingworth, el equipo científico de la ACS y la ESA.
Lente gravitacional del cúmulo de galaxias Abell 1689
En 2002, la ACS nos ofreció una nueva visión espectacular y sin precedentes del cosmos cuando demostró el poder de las lentes gravitacionales. La ACS miró directamente a través del centro de uno de los cúmulos de galaxias más masivos conocidos, llamado Abell 1689. La gravedad de los billones de estrellas del cúmulo, más la materia oscura, actúa como una “lente” de 2 millones de años luz de ancho en el espacio. Esta lente gravitacional desvía y magnifica la luz de las galaxias ubicadas en el fondo, distorsionando sus formas y creando múltiples imágenes de galaxias individuales.
La nitidez de la ACS, combinada con esta lente natural gigante, reveló galaxias remotas que previamente estaban más allá del alcance del Hubble. Los resultados nos dan información sobre la evolución de las galaxias y la materia oscura en el espacio.
Galaxias maduras y galaxias "bebés" muy antiguas
Usando la ACS para mirar hacia atrás en el tiempo, casi 9 mil millones de años, un equipo internacional de astrónomos encontró galaxias maduras en el joven universo. Esas galaxias pertenecen a un cúmulo de galaxias que existió cuando el universo tenía solo 5 mil millones de años. Esta prueba convincente de que las galaxias deben haber comenzado a formarse justo después del Big Bang se vio reforzada por las observaciones realizadas por el mismo equipo de astrónomos cuando echaron la vista aún más atrás en el tiempo. El equipo encontró galaxias de apenas 1.500 millones de años después del nacimiento del cosmos. Las primeras galaxias residen en un cúmulo aún en desarrollo, que es el protocúmulo más distante jamás encontrado.
La ACS fue construida especialmente para estudios de objetos tan distantes. Estos hallazgos respaldan aún más las observaciones y las teorías de que las galaxias se formaron relativamente temprano en la historia del cosmos. La existencia de estos cúmulos masivos en el universo primitivo, concuerda con un modelo cosmológico en el que los cúmulos se forman a partir de la fusión de muchos sub-cúmulos en un universo dominado por materia oscura fría. Sin embargo, todavía se desconoce la naturaleza precisa de la fría materia oscura.
Pistas sobre la aceleración del universo y la energía oscura
Los astrónomos que utilizan la ACS han encontrado supernovas que explotaron hace tanto tiempo que son capaces de proporcionar nuevas pistas sobre la aceleración del universo y su misteriosa “energía oscura”. La ACS puede detectar el tenue brillo de estas supernovas muy distantes. Luego, puede diseccionar su luz para medir sus distancias, estudiar cómo se desvanecen y confirmar que son un tipo especial de estrella en explosión, llamada supernova tipo Ia, que son indicadores fiables de distancia. Las supernovas de tipo Ia tienen un brillo máximo predecible, lo que las convierte en objetos válidos para calibrar grandes distancias intergalácticas.
En 1998, los astrónomos del Hubble encontraron una supernova tan lejana que proporcionó la revelación inesperada de que las galaxias parecían alejarse unas de otras a una velocidad cada vez mayor. Han atribuido esta expansión acelerada a un factor misterioso conocido como energía oscura, que se cree que impregna el universo. Desde su instalación, la ACS ha estado buscando supernovas de Tipo Ia en el universo primitivo para proporcionar datos de apoyo.
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Space Telescope Science Institute (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo las operaciones científicas del Hubble. STScI opera para la NASA a través de la Association of Universities for Research in Astronomy, en Washington, D.C.
Edición: R. Castro.