Una de las imágenes más icónicas del telescopio espacial Hubble es el campo ultraprofundo de Hubble, que reveló miríadas de galaxias en todo el universo, que se remonta a unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang. Hubble observó un solo parche de cielo aparentemente vacío durante cientos de horas a partir de septiembre de 2003, y los astrónomos revelaron por primera vez este tapiz de galaxias en 2004, con más observaciones en los años siguientes.

El próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA podrá fotografiar un área del cielo al menos 100 veces más grande que el Hubble con la misma nitidez nítida. Entre las muchas observaciones que permitirá esta amplia visión del cosmos, Los astrónomos están considerando la posibilidad y el potencial científico de un "campo ultraprofundo" del Telescopio Espacial Romano. Tal observación podría revelar nuevos conocimientos sobre temas que van desde la formación de estrellas durante la juventud del universo hasta la forma en que las galaxias se agrupan en el espacio.

Roman permitirá nuevas ciencias en todas las áreas de la astrofísica, desde el sistema solar hasta el borde del universo observable. Gran parte del tiempo de observación de Roman se dedicará a estudios sobre amplias franjas del cielo. Sin embargo, También se dispondrá de tiempo de observación para que la comunidad astronómica en general solicite otros proyectos. Un campo ultraprofundo romano podría beneficiar enormemente a la comunidad científica, dicen los astrónomos.

"Como concepto de ciencia comunitaria, Podría haber resultados científicos interesantes a partir de las observaciones de campo ultraprofundas de Roman. Nos gustaría involucrar a la comunidad astronómica para pensar en formas en las que podrían aprovechar las capacidades de Roman, "dijo Anton Koekemoer del Space Telescope Science Institute en Baltimore, Maryland. Koekemoer presentó la idea romana de campo ultraprofundo en la 237a reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense, en nombre de un grupo de astrónomos que abarca más de 30 instituciones.

Como ejemplo, un campo ultraprofundo romano podría ser similar al campo ultraprofundo del Hubble:mirar en una sola dirección durante unos cientos de horas para crear una imagen extremadamente detallada de muy tenue, objetos distantes. Sin embargo, mientras Hubble atrapó miles de galaxias de esta manera, Roman recaudaría millones. Como resultado, permitiría nueva ciencia y mejoraría enormemente nuestra comprensión del universo.

Estructura e historia del universo

Quizás lo más emocionante es la posibilidad de estudiar el universo temprano, que corresponde a las galaxias más distantes. Esas galaxias también son las más raras:por ejemplo, sólo se ven unos pocos en el campo ultraprofundo del Hubble.

Gracias al amplio campo de visión de Roman y a los datos del infrarrojo cercano de calidad similar a los de Hubble, podría descubrir muchos cientos, o posiblemente miles, de estos mas jovenes, galaxias más distantes, intercalados entre los millones de otras galaxias. Eso permitiría a los astrónomos medir cómo se agrupan en el espacio, así como sus edades y cómo se han formado sus estrellas.

"Roman también produciría poderosas sinergias con los telescopios actuales y futuros en tierra y en el espacio, incluido el telescopio espacial James Webb de la NASA y otros, "dijo Koekemoer.

Avanzando en el tiempo cósmico, Roman recogería galaxias adicionales que existían entre 800 millones y mil millones de años después del Big Bang. En ese tiempo, las galaxias estaban empezando a agruparse en cúmulos bajo la influencia de la materia oscura. Si bien los investigadores han simulado este proceso de formación de estructuras a gran escala, un campo ultraprofundo romano proporcionaría ejemplos del mundo real para probar esas simulaciones.

Formación de estrellas a lo largo del tiempo cósmico.

El universo primitivo también experimentó una tormenta de fuego de formación estelar. Las estrellas nacían a un ritmo cientos de veces más rápido de lo que vemos hoy. En particular, Los astrónomos están ansiosos por estudiar el "amanecer cósmico" y el "mediodía cósmico, "que en conjunto cubren un tiempo de 500 millones a 3 mil millones de años después del Big Bang, cuando estaba ocurriendo la mayor parte de la formación de estrellas, así como cuando los agujeros negros supermasivos eran más activos.

"Debido a que el campo de visión de Roman es tan grande, será un cambio de juego. Podríamos muestrear no solo un entorno en un campo de visión estrecho, sino una variedad de entornos capturados por la vista con los ojos abiertos de Roman. Esto nos dará una mejor idea de dónde y cuándo estaba ocurriendo la formación de estrellas, "explicó Sangeeta Malhotra del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Malhotra es coinvestigadora de los equipos de investigación científica romanos que trabajan en el amanecer cósmico, y ha dirigido programas que hacen espectroscopia profunda con Hubble, para aprender sobre lo distante, galaxias jóvenes.

Los astrónomos están ansiosos por medir las tasas de formación de estrellas en esta época lejana, lo que podría influir en una variedad de factores, como la cantidad de elementos pesados ​​observados. Las tasas de formación de estrellas podrían depender de si una galaxia se encuentra o no dentro de un gran cúmulo. Roman será capaz de tomar espectros tenues que mostrarán distintas "huellas dactilares" de estos elementos, y dar distancias precisas (llamadas corrimientos al rojo) de galaxias.

"Los expertos en población podrían preguntar:qué diferencias hay entre las personas que viven en las grandes ciudades, versus los de los suburbios, o zonas rurales? Similar, como astrónomos podemos preguntar, ¿Las galaxias formadoras de estrellas más activas viven en regiones muy agrupadas? o solo en los bordes de los grupos, ¿O viven aislados? ", dijo Malhotra.

Big data y aprendizaje automático

Uno de los mayores desafíos de la misión romana será aprender a analizar la abundancia de información científica en los conjuntos de datos públicos que producirá. En un sentido, Roman creará nuevas oportunidades no solo en términos de cobertura del cielo, sino también en minería de datos.

Un campo ultraprofundo romano contendría información sobre millones de galaxias, demasiadas para que los investigadores las estudien una a la vez. Se necesitará aprendizaje automático, una forma de inteligencia artificial, para procesar la base de datos masiva. Si bien esto es un desafío, también ofrece una oportunidad. "Podrías explorar preguntas completamente nuevas que antes no podías abordar, "declaró Koekemoer.

"El potencial de descubrimiento habilitado por los enormes conjuntos de datos de la misión romana podría conducir a avances en nuestra comprensión del universo, más allá de lo que podríamos imaginar actualmente, ", Agregó Koekemoer." Ese podría ser el legado duradero de Roman para la comunidad científica:no solo para responder a las preguntas científicas que creemos que podemos abordar, pero también nuevas preguntas en las que aún tenemos que pensar ".