Campo ultraprofundo del Hubble

Estudio del legado del Hubble Deep UV (HDUV); 15.000 galaxias, publicado el 16 de agosto de 2018.

ABYSS WFC3/IR Campo Ultraprofundo del Hubble; publicado el 24 de enero de 2019.

El Campo Ultraprofundo del Hubble ( HUDF ) es una imagen de campo profundo de una pequeña región del espacio en la constelación de Fornax , que contiene aproximadamente 10 000 galaxias . Los datos originales para la imagen fueron recopilados por el Telescopio Espacial Hubble desde septiembre de 2003 hasta enero de 2004 y la primera versión de la imagen se publicó el 9 de marzo de 2004. ^{[ 1 ]} Incluye luz de galaxias que existieron hace unos 13 000 millones de años, unos 400 a 800 millones de años después del Big Bang .

La imagen HUDF se tomó en una sección del cielo con una baja densidad de estrellas brillantes en el campo cercano, lo que permite una mejor visualización de objetos más tenues y distantes. Ubicada al suroeste de Orión en la constelación Fornax del hemisferio sur , la imagen rectangular tiene 2,4 minutos de arco hasta un borde, ^{[ 2 ]} o 3,4 minutos de arco en diagonal. Esto es aproximadamente una décima parte del diámetro angular de una luna llena vista desde la Tierra (menos de 34 minutos de arco), ^{[ 3 ]} más pequeña que un trozo de papel de 1  mm ²  sostenido a 1 m de distancia, y equivalente a aproximadamente una veintiséis millonésima parte del área total del cielo. La imagen está orientada de manera que la esquina superior izquierda apunta hacia el norte (−46,4°) en la esfera celeste .

En agosto y septiembre de 2009, el campo HUDF fue observado en longitudes de onda más largas (1,0 a 1,6  μm) utilizando el canal infrarrojo de la cámara de campo amplio 3 (WFC3), recientemente instalada . Estos datos adicionales permitieron a los astrónomos identificar una nueva lista de galaxias potencialmente muy distantes. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

El 25 de septiembre de 2012, la NASA publicó una nueva versión del Campo Ultraprofundo, denominada Campo Extremadamente Profundo ( XDF ). El XDF revela galaxias de hace 13.200 millones de años, incluyendo una que se cree que se formó tan solo 450 millones de años después del Big Bang. ^{[ 6 ]}

El 3 de junio de 2014, la NASA publicó la imagen Hubble Ultra Deep Field 2014, la primera imagen HUDF que utiliza todo el rango de luz ultravioleta a infrarroja cercana . ^{[ 7 ]} Una composición de exposiciones separadas tomadas entre 2002 y 2012 con la Cámara Avanzada para Sondeos y la Cámara de Campo Amplio 3 del Hubble, muestra unas 10 000 galaxias. ^{[ 8 ]}

El 23 de enero de 2019, el Instituto de Astrofísica de Canarias publicó una versión aún más profunda ^{[ 9 ]} de las imágenes infrarrojas del Campo Ultraprofundo del Hubble obtenidas con el instrumento WFC3, denominada Campo Ultraprofundo del Hubble ABYSS . Las nuevas imágenes mejoran la reducción previa de las imágenes WFC3/IR, incluyendo una cuidadosa sustracción del fondo del cielo alrededor de las galaxias más grandes en el campo de visión. Tras esta actualización, se descubrió que algunas galaxias eran casi el doble de grandes que las medidas previamente. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

En los años transcurridos desde el Hubble Deep Field original, se analizaron el Hubble Deep Field South y la muestra GOODS , lo que proporcionó estadísticas mejoradas en los altos corrimientos al rojo explorados por el HDF. Cuando se instaló el detector Advanced Camera for Surveys (ACS) en el HST, se comprendió que un campo ultraprofundo podría observar la formación de galaxias hasta corrimientos al rojo aún mayores que los observados hasta entonces, además de proporcionar más información sobre la formación de galaxias en corrimientos al rojo intermedios (z~2). ^{[ 12 ]} A finales de 2002 se celebró en el STScI un taller sobre la mejor manera de llevar a cabo sondeos con el ACS. En el taller, Massimo Stiavelli abogó por un campo ultraprofundo como una forma de estudiar los objetos responsables de la reionización del Universo. ^{[ 13 ]} Tras el taller, el director del STScI, Steven Beckwith, decidió dedicar 400 órbitas de tiempo discrecional del director al UDF y nombró a Stiavelli como líder del equipo local que implementaba las observaciones.

A diferencia de los Campos Profundos, el HUDF no se encuentra en la Zona de Observación Continua (CVZ) del Hubble. Las observaciones anteriores, utilizando la cámara de Campo Amplio y Planetaria 2 (WFPC2) , pudieron aprovechar el mayor tiempo de observación en estas zonas mediante el uso de longitudes de onda con mayor ruido para observar en momentos en que el brillo terrestre contaminaba las observaciones; sin embargo, ACS no observa en estas longitudes de onda, por lo que la ventaja se redujo. ^{[ 12 ]}

Al igual que con los campos anteriores, este debía contener muy poca emisión de nuestra galaxia, con poco polvo zodiacal . El campo también debía estar en un rango de declinaciones tal que pudiera ser observado tanto por instrumentos del hemisferio sur, como el Atacama Large Millimeter Array , como por instrumentos del hemisferio norte, como los ubicados en Hawái . Finalmente se decidió observar una sección del Chandra Deep Field South , debido a las observaciones de rayos X profundas existentes del Observatorio de Rayos X Chandra y a dos objetos interesantes ya observados en la muestra GOODS en la misma ubicación: una galaxia con corrimiento al rojo de 5,8 y una supernova. Las coordenadas del campo son ascensión recta 3 ^h 32 ^m 39,0 ^s , declinación −27 ° 47 ′ 29,1 ″ ( J2000 ). El campo tiene 200 segundos de arco por lado, con un área total de 11 minutos de arco cuadrados, ^{[ 12 ]} y se encuentra en la constelación de Fornax. ^{[ 1 ]}  

Se utilizaron cuatro filtros en el ACS, centrados en 435, 606, 775 y 850  nm, con tiempos de exposición ajustados para obtener la misma sensibilidad en todos los filtros. Estos rangos de longitud de onda coinciden con los utilizados por la muestra GOODS, lo que permite una comparación directa entre ambos. Al igual que con los Campos Profundos, el HUDF utilizó el Tiempo Discrecional del Director. Para obtener la mejor resolución posible, las observaciones se modificaron apuntando el telescopio a posiciones ligeramente diferentes para cada exposición —un proceso probado con el Campo Profundo del Hubble— de modo que la imagen final tenga una resolución mayor que la que permitirían los píxeles individualmente. ^{[ 12 ]}

Las observaciones se realizaron en dos sesiones, del 23 de septiembre al 28 de octubre de 2003 y del 4 de diciembre de 2003 al 15 de enero de 2004. El tiempo total de exposición es de poco menos de 1 millón de segundos (~11 días), a partir de 400 órbitas, con un tiempo de exposición típico de 1200 segundos. ^{[ 12 ]} En total, se tomaron 800 exposiciones de ACS a lo largo de 11,3 días, dos por órbita; NICMOS observó durante 4,5 días. Todas las exposiciones individuales de ACS fueron procesadas y combinadas por Anton Koekemoer en un conjunto de imágenes científicamente útiles, cada una con un tiempo de exposición total que oscila entre 134 900 segundos y 347 100 segundos. Para observar todo el cielo con la misma sensibilidad, el HST necesitaría observar continuamente durante un millón de años. ^{[ 1 ]}

La sensibilidad del ACS limita su capacidad de detectar galaxias a alto corrimiento al rojo a aproximadamente 6. Los campos profundos de NICMOS obtenidos en paralelo a las imágenes de ACS podrían, en principio, usarse para detectar galaxias a corrimiento al rojo 7 o superior, pero carecían de imágenes en la banda visible de profundidad similar. Estas son necesarias para identificar objetos de alto corrimiento al rojo, ya que no deberían verse en las bandas visibles. Para obtener exposiciones profundas en la banda visible sobre los campos paralelos de NICMOS, se aprobó un programa de seguimiento, HUDF05, al que se le concedieron 204 órbitas para observar los dos campos paralelos (GO-10632). ^{[ 14 ]} La orientación del HST se eligió de manera que las imágenes paralelas adicionales de NICMOS cayeran sobre el campo principal UDF.

Después de la instalación de WFC3 en Hubble en 2009, el programa HUDF09 (GO-11563) dedicó 192 órbitas a observaciones de tres campos, incluido HUDF, utilizando los filtros infrarrojos F105W, F125W y F160W recientemente disponibles (que corresponden a las bandas Y, J y H ): ^{[ 5 ] [ 15 ]}

Galaxia espiral UDF 423 (luz visible)

Oculto a la luz visible, otro objeto sobre la galaxia.

El HUDF es la imagen más profunda del universo jamás tomada y se ha utilizado para buscar galaxias que existieron entre 400 y 800 millones de años después del Big Bang (corrimientos al rojo entre 7 y 12). ^{[ 1 ]} Varias galaxias en el HUDF son candidatas, según los desplazamientos al rojo fotométricos , a estar entre los objetos astronómicos más distantes . La enana roja UDF 2457 a una distancia de 59 000 años luz es la estrella más lejana resuelta por el HUDF. ^{[ 16 ]} La estrella cerca del centro del campo es USNO-A2.0 0600–01400432 con una magnitud aparente de 18,95. ^{[ 17 ]}

El campo fotografiado por el ACS contiene más de 10 000 objetos, la mayoría de los cuales son galaxias, muchas con corrimientos al rojo mayores de 3, y algunas que probablemente tienen corrimientos al rojo entre 6 y 7. ^{[ 12 ]} Las mediciones de NICMOS pueden haber descubierto galaxias con corrimientos al rojo de hasta 12. ^{[ 1 ]}

El HUDF ha revelado altas tasas de formación estelar durante las etapas iniciales de la formación de galaxias , dentro de los mil millones de años posteriores al Big Bang. ^{[ 12 ]} También ha permitido una mejor caracterización de la distribución de galaxias, su número, tamaño y luminosidad en diferentes épocas, lo que ha facilitado la investigación sobre la evolución de las galaxias. ^{[ 12 ]} Se ha confirmado que las galaxias a altos desplazamientos al rojo son más pequeñas y menos simétricas que las que se encuentran a menores desplazamientos al rojo, lo que pone de manifiesto la rápida evolución de las galaxias en los primeros miles de millones de años posteriores al Big Bang. ^{[ 12 ]}

El Campo Extremo Profundo del Hubble (HXDF), publicado el 25 de septiembre de 2012, es una imagen de una porción del espacio en el centro de la imagen del Campo Ultraprofundo del Hubble. Representando un total de dos millones de segundos (aproximadamente 23 días) de tiempo de exposición acumulado durante 10 años, la imagen cubre un área de 2,3 minutos de arco por 2 minutos de arco, ^{[ 18 ]} o aproximadamente el 80% del área del HUDF. Esto representa aproximadamente una treinta y dos millonésima parte del cielo.

El HXDF contiene aproximadamente 5500 galaxias, las más antiguas de las cuales se ven tal como eran hace 13 200 millones de años. Las galaxias más débiles tienen un brillo diezmilmillonésima parte del que puede percibir el ojo humano. Las galaxias rojas en la imagen son los restos de galaxias que sufrieron grandes colisiones durante su vejez. Muchas de las galaxias más pequeñas en la imagen son galaxias muy jóvenes que con el tiempo se convirtieron en galaxias mayores, similares a la Vía Láctea y otras galaxias de nuestra vecindad galáctica. ^{[ 6 ]}

• 
  Tamaño de XDF comparado con el tamaño de la Luna
• 
  La imagen HXDF muestra galaxias maduras en el plano del primer plano, galaxias casi maduras de hace entre 5 y 9 mil millones de años, y protogalaxias de más de 9 mil millones de años.
• Vídeo (02:42) sobre cómo se creó la imagen del Campo Profundo Extremo del Hubble.

• Lista de campos profundos
• Lista de objetos UDF (1–500)
• HUDF-JD2
• UDF 2457 (estrella)
• UDFj-39546284
• UDFy-38135539

• Sitio web de la NASA con animaciones
• Explorando la formación de galaxias en el universo primitivo : ¿Cómo se hicieron tan grandes las primeras galaxias tan rápidamente?
• UDF interactiva escalable con 10.000 galaxias mapeadas. Wikisky.org
• Página de Hubblesite para la imagen XDF
• Proyecto XDF del Observatorio UCO/Lick
• El campo ultraprofundo del Hubble en luz y sonido en APOD
• ABISMO Campo Ultraprofundo del Hubble