¿Cuál es el límite inferior para el número de galaxias en el universo?
El Telescopio Espacial Hubble fue lanzado el 24 de abril de 1990, convirtiéndose en el orbitador del espacio profundo más caro y potente de la historia de la humanidad, con el mayor aporte y el mayor observatorio óptico hasta el momento. Hoy es el 30º aniversario del lanzamiento del Hubble. Nos ha enviado una gran cantidad de imágenes del universo del espacio profundo, haciendo contribuciones indelebles a la exploración del universo por parte de la humanidad y a la comprensión de la evolución temprana del universo.
Debido a que el Telescopio Hubble observa principalmente en la banda de luz visible, Hubble ha alcanzado el límite de lo que puede observar, y aquellas galaxias del universo que son más distantes, más antiguas y tienen mayores corrimientos al rojo de la luz. superó con creces las capacidades de observación del Hubble, y la NASA ha dejado de mantener el Hubble. Por lo tanto, necesitamos urgentemente que se lance el sucesor del Hubble, el Telescopio Infrarrojo James Webb, para hacerse cargo del trabajo del Hubble. Buscamos las primeras estrellas y galaxias en el universo. .
Aunque el Telescopio Espacial Hubble se acerca a su retiro porque se espera que el Telescopio Espacial Webb se lance en marzo de 2021, mientras creamos nuevos límites, todavía queremos agradecer al Hubble por sus 30 años de contribuciones y logros. Creo que lo más importante es que el Hubble nos permite darnos cuenta de la inmensidad del universo y la cantidad de galaxias que hay en el universo.
Érase una vez, el alcance del universo en el que pensábamos los humanos era solo la Vía Láctea en la que vivimos, y las tenues nebulosas espirales en el cielo eran solo algunas protoestrellas. No fue hasta 1922 que Edwin Hubble apuntó el telescopio reflector de 254 centímetros del Observatorio Monte Wilson hacia lo que entonces se pensaba que era la Nebulosa de Andrómeda (en realidad, la Galaxia de Andrómeda). Al medir las estrellas variables en la nebulosa, Hubble descubrió que Andrómeda. La Gran Nebulosa está a 2,54 millones de años luz de nosotros. Este número es suficiente para demostrar que la llamada Nebulosa de Andrómeda no es una protoestrella de la Vía Láctea, sino una isla independiente de estrellas en el universo similar a la Vía Láctea. Forma.
El Hubble no solo descubrió galaxias extragalácticas, abrió la visión de las galaxias en el universo por primera vez para nosotros los humanos y fue pionero en astronomía de galaxias extragalácticas, sino que también descubrió que las galaxias distantes se están alejando de nosotros a través del relación entre la distancia y el corrimiento al rojo, y la expansión del universo. El descubrimiento condujo directamente al descubrimiento de la cosmología moderna y proporcionó ideas importantes para que la humanidad comprendiera el origen del universo.
Aunque sabemos que el universo está lleno de varias galaxias, nunca hemos hecho un censo del número de galaxias contenidas en el universo observable. Cuando observamos el cielo, además de los puntos de luz brillantes (galaxias) que podemos ver, también hay grandes áreas oscuras entre estos puntos de luz. Parece que no hay nada allí, ni galaxias conocidas, ni estrellas, ni nebulosas hermosas, hasta nuestro punto. desde el punto de vista, no contienen nada luminoso, por así decirlo, no son nada.
¿Realmente no hay nada en estas zonas? El área marcada en el cuadro amarillo en la imagen de arriba es un área oscura y vacía en el cielo que la gente eligió en la década de 1990. Los científicos tomaron la decisión más grande y audaz de la historia de alinear el Telescopio Hubble para observar esta área y continuar exponiéndola. Minutos, horas o incluso un día, el Hubble hace todo lo posible para capturar toda la luz que puede. Aunque algunas fotos parecen oscuras y nada, algunas fotos solo muestran una pequeña cantidad de galaxias débiles, pero podemos tomar una gran cantidad de fotografías individuales. de la misma zona y superponerlos.
Los científicos utilizaron el Telescopio Hubble para observar el área en la imagen de arriba durante 10 días y obtuvieron 342 fotografías. Luego sumaron toda la luz capturada y descubrieron una imagen asombrosa detrás del espacio aparentemente vacío. Hay otro mundo escondido.
Campo Profundo del Hubble
La imagen de arriba muestra la gran cantidad de galaxias descubiertas por el Hubble a través de la exposición continua en esa pequeña área amarilla. Algunas de ellas se encuentran a millones de años luz de nosotros. y algunas están a millones de años luz de distancia, incluso a más de 10 mil millones de años luz de nosotros, lo que demuestra que se han formado una gran cantidad de galaxias en los primeros días del universo, y hay muchas más galaxias en el. Universo de lo que pensábamos anteriormente. Están en todas partes y, lo que es más importante, si observamos lo suficientemente lejos y capturamos suficientes galaxias en la misma área, podemos estimar aproximadamente el número de galaxias en el universo observable.
Como se puede ver en la imagen de arriba, siempre que miremos lo suficientemente lejos, podemos ver más galaxias en la misma área. Luego, según la proporción de esta área en todo el cielo, entonces podremos. Así de sencillo es contar el número de galaxias que hay en todo el universo. En los diez años siguientes, para permitir que el Telescopio Hubble superara el Campo Profundo del Hubble observado por primera vez, los científicos lo sustituyeron por una cámara de exploración avanzada, más potente que la WF/PC2, y realizaron observaciones más precisas de la misma zona espacial. Una exposición prolongada resultó en el campo ultraprofundo del Hubble que se muestra a continuación.
¡Las galaxias más antiguas del campo ultraprofundo del Hubble se remontan a hace 13 mil millones de años! Esta área del espacio tiene solo 3 minutos de arco cuadrados, solo 1/12700000 de todo el cielo y aproximadamente 1/10 del tamaño de la luna llena. A través del campo ultraprofundo del Hubble, podemos saber que hay al menos 100 mil millones. galaxias en el universo observable. ¿Pero es este el límite más bajo para las galaxias en el universo? Definitivamente no, el telescopio Hubble puede proporcionarnos el campo de visión más lejano en luz visible, pero debido a la falta de capacidades de observación en otras bandas infrarrojas, esto es un defecto en el diseño, aunque luego le agregamos una cámara de infrarrojo cercano. Hubble durante el mantenimiento, pero esta deficiencia aún no se puede solucionar. Por eso necesitamos que el telescopio Webb se eleve.
Sin embargo, podemos seguir aumentando el tiempo de exposición del Telescopio Hubble para capturar fotones más débiles. Así que creamos el Campo Extremadamente Profundo del Hubble, que capturó imágenes desde una distancia de más del doble de profundidad que el Campo Ultradeep del Hubble, y ampliamos el campo de visión del Hubble a la región del infrarrojo cercano. Abajo:
Las galaxias más antiguas contenidas en el Campo Extremadamente Profundo del Hubble se remontan a hace 13,2 mil millones de años. La mayoría de ellas parecen relativamente primitivas y pequeñas, porque en los primeros días del universo estas galaxias apenas tenían. Han nacido y están pasando por la etapa de colisión y fusión, y estas galaxias contienen una gran cantidad de estrellas gigantes azules. Por lo tanto, el Campo Extremadamente Profundo del Hubble es un "túnel del tiempo del pasado" del universo, que nos permite ver el. imagen del universo primitivo.
Si comparas cuidadosamente el campo extremadamente profundo y el campo ultraprofundo, encontrarás que las dos imágenes son muy similares, porque el campo extremadamente profundo es en realidad parte del campo ultraprofundo, pero el El tiempo de exposición es más largo, capturando a las galaxias no capturadas por el campo ultraprofundo. A continuación comparamos las dos imágenes.
Como se puede ver claramente en la figura anterior, el campo extremadamente profundo no solo muestra los detalles de las galaxias individuales con mayor claridad, sino que también captura más galaxias que el campo ultraprofundo.
Al duplicar el tiempo de exposición de un telescopio óptico, se puede ver un 41% más de distancia de observación que el tiempo de exposición anterior de 1x. Por lo tanto, el campo extremadamente profundo puede capturar un 41% más de galaxias que el campo ultraprofundo. . Pero el campo extremadamente profundo no es el límite de observación del universo, porque descubrimos que en el campo extremadamente profundo las galaxias a 9 mil millones de años luz de distancia son significativamente menores que las galaxias a 5 mil millones de años luz de distancia. A 90 años luz de distancia en el universo, o Hay menos galaxias en el espacio a 9 mil millones de años luz de distancia, pero esto se debe a que a mayores distancias, la luz emitida por muchas galaxias se ha desplazado al rojo a bandas infrarrojas muy débiles. El Hubble ya no puede captar la luz de estas galaxias. El lanzamiento del Telescopio Webb en el futuro puede seguir actualizando los límites de nuestra visión humana.
Pero actualmente podemos estimar el límite inferior del número de galaxias en el universo observable basándonos en observaciones del Campo Profundo Extremo del Hubble. El alcance del campo extremadamente profundo es sólo un área muy pequeña en el cielo. Si lo pones junto con la luna llena en un cuadro de 1°, puedes ver que esta área es muy pequeña, pero contiene 5.500 galaxias. Hay alrededor de 32 millones de campos extremadamente profundos en todo el cielo, por lo que sabemos que hay al menos 200 mil millones de galaxias en el universo.
200 mil millones de galaxias, esto es sólo un límite inferior aproximado. En el futuro, cuando se lance el Telescopio Webb, se alcanzará el límite inferior de la estructura a gran escala del universo. El número de galaxias en nuestro universo se puede elevar a 1 billón, pero esta cifra no nos sorprende en absoluto. Por la inmensidad de nuestro universo y la abundancia de materia.