La cámara avanzada para encuestas del Hubble celebra 20 años de descubrimientos


Hoy se cumple el vigésimo aniversario de la Cámara Avanzada para Sondeos (ACS) a bordo del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA. El 7 de marzo de 2002, los astronautas instalaron el ACS durante la Misión 3B de mantenimiento del Hubble, también conocida como STS-109. Con su amplio campo de visión, calidad de imagen nítida y alta sensibilidad, el ACS ofrece muchas de las imágenes más impresionantes del espacio profundo del Hubble.

El rango de longitud de onda de ACS se extiende desde el ultravioleta, pasando por el visible y hasta el infrarrojo cercano. Su nombre, Cámara Avanzada para Sondeos, proviene de su particular habilidad para mapear grandes áreas del cielo con gran detalle. El ACS también puede realizar espectroscopia con una herramienta óptica especial llamada grisma.
Tres subinstrumentos componen el ACS. Wide Field Channel es una cámara óptica y de infrarrojo cercano de campo amplio y alta eficiencia que está optimizada para buscar galaxias y cúmulos de galaxias en el Universo remoto y antiguo, en una época en que el cosmos era muy joven. El canal de alta resolución fue diseñado para tomar imágenes extremadamente detalladas (alta resolución) de la luz de los centros de las galaxias con agujeros negros masivos, aunque actualmente no está operativo, y el canal ciego solar bloquea la luz visible para permitir que la radiación ultravioleta débil se filtre. discernido Entre otras cosas, se puede utilizar para estudiar patrones meteorológicos en otros planetas y auroras en Júpiter.
El ex astronauta Mike Massimino, uno de los dos astronautas que realizaron caminatas espaciales e instalaron el ACS, recuerda: «Sabíamos que el ACS agregaría mucho potencial de descubrimiento al telescopio, pero no creo que nadie entendiera realmente todo lo que podía hacer. Iba para desbloquear los secretos del Universo».
Después de su instalación, el ACS se convirtió en el instrumento más utilizado del Hubble. Entre sus muchos logros, ayuda a mapear la distribución de la materia oscura, detecta los objetos más distantes del Universo, busca exoplanetas masivos y estudia la evolución de cúmulos de galaxias.
«Había la sensación de que ACS cambiaría sustancialmente la forma en que se podría hacer la astronomía desde el espacio», compartió Marco Chiaberge, astrónomo de ESA/AURA y líder de calibración del instrumento ACS. «Los estudios realizados con la ACS llevaron a un trabajo innovador en campos como la evolución de galaxias, estructuras a gran escala, búsquedas de exoplanetas masivos y más. El impacto en el público también fue inmenso debido a sus imágenes sin precedentes».
Un ejemplo de esto es la espectacular galaxia interrumpida llamada Tadpole (UGC 10214). Los astrónomos fotografiaron el Renacuajo poco después de la instalación del ACS para demostrar las capacidades de la cámara. Con su larga cola de estrellas, el Renacuajo 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 el ACS.

En enero de 2007, una falla electrónica dejó inoperables los dos canales científicos más utilizados en el ACS. Aunque el canal de alta resolución no se pudo reparar, gracias al ingenio de la ingeniería, los astronautas que realizaron caminatas espaciales en la misión de servicio Hubble 4 (STS-125) repararon el canal de campo ancho, el caballo de batalla responsable del 70 por ciento de la ciencia ACS anterior a 2007.
«Dos décadas después de su misión, el ACS continúa brindando ciencia innovadora y algunas de las imágenes más increíbles del Universo distante, y todo lo demás», compartió Dan Coe, un astrónomo de ESA/AURA que formó parte del equipo de ACS. como científico de instrumentos. «Mirar hacia atrás a través del archivo de imágenes de ACS nos recuerda la gran diversidad de galaxias, colores e historias que se han compartido con el mundo».
En sus 20 años a bordo del Hubble, el ACS ha tomado alrededor de 125 000 fotografías. Estas observaciones han generado numerosos descubrimientos, algunos de los cuales se destacan a continuación.
El campo ultraprofundo del Hubble
En, sin duda, sus observaciones más importantes, la ACS reveló una serie de los retratos más profundos del Universo jamás obtenidos por la humanidad. En el Hubble Ultra Deep Field (HUDF) original, presentado en 2004, el ACS se asoció con la cámara de infrarrojo cercano y el espectrómetro de objetos múltiples (NICMOS) del Hubble para capturar la luz de las galaxias que existieron hace unos 13 mil millones de años, unos 400 a 800 millones. 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 poco después del Big Bang cuando las primeras estrellas recalentaron el frío y oscuro Universo.
En versiones posteriores, el ACS se asoció con otros instrumentos del Hubble para refinar la profundidad y el alcance del HUDF original. Estos retratos empujaron la visión del Universo por parte de la humanidad 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 campos fronterizos
Siguiendo el espíritu del HUDF, Frontier Fields extendió el alcance del Hubble aún más con la ayuda de «lentes» cósmicas gigantes en el espacio. La inmensa gravedad de los cúmulos masivos de galaxias deforma la luz de galaxias aún más distantes, distorsionando y magnificando la luz hasta que esas galaxias, demasiado débiles para que el Hubble las vea directamente, se vuelven visibles. Frontier Fields combinó 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 el ACS para obtener imágenes de luz visible y la Wide Field Camera 3 del Hubble para su visión infrarroja.
En el transcurso de tres años, Hubble dedicó 840 órbitas alrededor de la Tierra, es decir, 1330 horas, a 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 observaciones de lentes gravitacionales, Hubble realizó observaciones de «campo profundo» en ellos: miradas largas en las profundidades del espacio. Hubble miró más profundamente en el espacio que nunca antes, mientras que las observaciones de campo paralelo ampliaron nuestro conocimiento del Universo primitivo que comenzó con Hubble Deep Fields y HUDF.
Ayudando a la misión New Horizons fotografiando a Plutón
El ACS capturó las imágenes más detalladas jamás tomadas del planeta enano Plutón años antes del sobrevuelo de New Horizons. Las imágenes revelan un mundo helado, moteado, oscuro y de color melaza que experimenta cambios estacionales de superficie y brillo. Las imágenes de ACS fueron invaluables en la planificación de los detalles del sobrevuelo de 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
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 el ACS observó que rodeaba a Fomalhaut. En los años siguientes, los investigadores rastrearon el planeta a lo largo de su trayectoria. Pero con el tiempo, el punto se volvió más débil y es posible que se haya perdido de vista, según algunos investigadores. La naturaleza del objeto aún se está debatiendo, y las observaciones de seguimiento pueden desentrañar este misterio.
El eco de luz de V838 Monocerotis
El ACS capturó un fenómeno inusual en el espacio llamado eco de luz, en el que 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 el 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 luz del estallido estelar mismo. El 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 la voz de un cantor alpino 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. Esta es una ilustración dramática del poder del ACS y el Hubble para monitorear fenómenos a lo largo del tiempo. La longevidad y consistencia de la ACS son críticas para este tipo de investigación.
Lente gravitacional del cúmulo de galaxias Abell 1689
En 2002, la ACS entregó una nueva visión dramática y sin precedentes del cosmos cuando demostró el poder de las lentes gravitacionales. El ACS miró directamente a través del centro de uno de los cúmulos de galaxias más masivos conocidos, Abell 1689. La gravedad del billón de estrellas del cúmulo, más la materia oscura, actúa como una lente en el espacio de dos millones de años luz de ancho. Esta lente gravitacional desvía y magnifica la luz de las galaxias ubicadas muy atrás, distorsionando sus formas y creando múltiples imágenes de galaxias individuales.
La nitidez del ACS, combinada con esta gigantesca lente natural, reveló galaxias remotas que anteriormente estaban más allá del alcance del Hubble. Los resultados arrojan luz sobre la evolución de las galaxias y la materia oscura en el espacio.

Galaxias maduras y «niñas» muy atrás en el tiempo
Usando el ACS para mirar hacia atrás en el tiempo casi 9 mil millones de años, un equipo internacional de astrónomos encontró galaxias maduras en el Universo joven. Las galaxias son miembros de un cúmulo de galaxias que existió cuando el Universo tenía solo 5 mil millones de años. Esta evidencia 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 miraron aún más atrás en el tiempo. El equipo encontró galaxias apenas 1.500 millones de años después del nacimiento del cosmos. Las primeras galaxias residen en un cúmulo aún en desarrollo, el protocúmulo más distante jamás encontrado.
El ACS fue construido especialmente para estudios de objetos tan distantes. Estos hallazgos respaldan aún más las observaciones y teorías de que las galaxias se formaron relativamente temprano en la historia del cosmos. La existencia de tales 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 materia oscura fría.
Pistas sobre la aceleración del universo y la energía oscura
Los astrónomos que utilizan el ACS han encontrado supernovas que explotaron hace tanto tiempo que proporcionan nuevas pistas sobre la aceleración del Universo y su misteriosa «energía oscura». El ACS puede detectar el tenue brillo de estas supernovas muy distantes. Luego, el ACS 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 de distancia confiables. Las supernovas de tipo Ia brillan con un brillo máximo predecible, lo que las convierte en objetos fiables 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, el ACS ha estado buscando supernovas de Tipo Ia en el Universo primitivo para proporcionar evidencia de apoyo.
«La cámara avanzada para encuestas 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».

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