Una cámara de 3,2 gigapíxeles captura 500.000 galaxias en una sola toma

500.000 galaxias dentro de una sola fotografía.

El 31 de julio, el Observatorio Rubin en Chile publicó su primera imagen científica: un campo profundo de la región COSMOS que alberga más de 500.000 galaxias y 50.000 estrellas. La responsable de capturar esta escena es la cámara digital más grande jamás construida: un instrumento de 3,2 gigapíxeles y 3 toneladas de peso, más grande que un automóvil pequeño.

Para ponerlo en perspectiva, la cámara principal de un teléfono inteligente moderno suele tener unos 50 megapíxeles. La cámara del Observatorio Rubin ofrece 64 veces esa resolución. Un solo disparo cubre un área del cielo equivalente a 40 lunas llenas alineadas. Para mostrar esta imagen a resolución completa, se necesitarían más de 380 pantallas de televisión 4K conectadas entre sí.

Barre en un solo disparo lo que Hubble observó durante 20 años

COSMOS es una de las parcelas del cielo más estudiadas de la astronomía, ubicada en dirección a la constelación de Sextante. Su notoriedad se debe a una coincidencia geométrica: se encuentra alejada del plano de la Vía Láctea, donde la presencia de estrellas en primer plano y polvo interestelar es mínima, lo que permite observar el universo profundo con total claridad. El telescopio espacial Hubble ha investigado esta zona intensamente desde 2003, y durante más de dos décadas los principales telescopios del mundo la han observado en todas las longitudes de onda, desde radio hasta rayos X.

El Observatorio Rubin ha vuelto a cartografiar este territorio combinando cientos de observaciones en una sola imagen de campo profundo que saca a la luz 500.000 galaxias de una sola vez.

Imagen: Campo profundo de la región COSMOS capturado por el Observatorio Rubin. La inmensa mayoría de los puntos brillantes son galaxias lejanas, no estrellas. Fuente: Rubin Observatory / NOIRLab

¿Qué significan 500.000 galaxias? Una galaxia típica contiene cientos de miles de millones de estrellas. Esto implica que cada diminuto punto de luz visible en la imagen representa cientos de miles de millones de estrellas agrupadas. En la toma se aprecian brazos espirales, galaxias elípticas lisas, sistemas en proceso de colisión y fusión, así como galaxias de tono rojo oscuro pertenecientes al universo primitivo.

Imagen: Detalle de galaxias seleccionadas en el campo profundo, donde se observan galaxias espirales, elípticas y en proceso de fusión. Fuente: Rubin Observatory / NOIRLab

Para hacer una comparación objetiva: en cuanto a la profundidad de una sola toma, Hubble sigue siendo superior, ya que puede resolver objetos más débiles. La fortaleza de Rubin radica en su amplitud y velocidad. Su campo de visión es más de cien veces mayor que el de la cámara principal de Hubble y fotografiará la misma zona del cielo de forma iterativa. Mientras uno profundiza, el otro abarca superficie; dos capacidades perfectamente complementarias.

¿Por qué construir una cámara de 3 toneladas?

La respuesta está en el propio nombre del observatorio. Rinde homenaje a la astrónoma Vera Rubin, quien en las décadas de 1970 y 1980 descubrió que las estrellas en los bordes exteriores de las galaxias giraban demasiado rápido para la cantidad de materia visible. Su explicación fue la presencia de materia no visible en el universo: la materia oscura. Hoy en día se calcula que la materia oscura constituye alrededor del 85% de la materia del universo, aunque su naturaleza exacta sigue siendo un misterio.

La evidencia de la materia oscura proviene de la observación, pero para verificarla y medirla es necesario observar un volumen masivo de galaxias durante períodos prolongados. La misión principal de Rubin se denomina LSST (Legacy Survey of Space and Time), un proyecto de 10 años para fotografiar todo el cielo del hemisferio sur cada 3 o 4 noches, creando una película en lapso de tiempo del cosmos. Los sensores CCD se enfrían a -100 °C para minimizar el ruido electrónico, contando con una lente frontal de 1,5 metros de diámetro y 6 filtros de color intercambiables. Con exposiciones de 15 segundos, obtendrá miles de imágenes cada noche despejada.

Está montada sobre un telescopio de rastreo de 8,4 metros de apertura situado a 2.682 metros de altitud en Cerro Pachón, al norte de Chile. Con unos 300 días despejados al año y un aire extremadamente seco y transparente, es uno de los mejores lugares del planeta para el rastreo astronómico.

Imagen: Esquema de superposición de las observaciones de la cámara LSST en el campo COSMOS. El muestreo repetido permite detectar variaciones temporales en los objetos celestes. Fuente: Rubin Observatory / NOIRLab

La utilidad de esta película cósmica va mucho más allá de la materia oscura:

• Energía oscura. El universo se expande de forma acelerada. ¿Qué fuerza lo impulsa? Las respuestas pueden esconderse en las variaciones de posición y forma de miles de millones de galaxias.
• Alerta temprana de asteroides. Durante los 10 años de misión se prevé descubrir unos 6,2 millones de asteroides, permitiendo identificar previamente la gran mayoría de objetos potencialmente peligrosos con un diámetro superior a 140 metros.
• Fenómenos transitorios. Eventos efímeros como explosiones de supernovas o la destrucción de estrellas por agujeros negros a menudo se perdían por falta de seguimiento continuo.
• Estructura de la Vía Láctea. Cartografiará y contabilizará miles de millones de estrellas en nuestra propia galaxia.

Esta publicación es solo un anticipo. Los datos EDP2 presentados cubren unos 3.000 grados cuadrados, equivalentes a una sexta parte del cielo del hemisferio sur. Las 500.000 galaxias son solo una fracción: en 10 años, LSST registrará unos 20.000 millones de objetos celestes.

La astronomía se transforma en ciencia de datos

En términos de volumen de datos: la cámara genera unos 20 TB de datos por noche, equivalentes a miles de películas en alta definición. A lo largo de una década, acumulará una base de datos del orden de petabytes con las variaciones de brillo de 20.000 millones de objetos.

Esta escala supera la capacidad de inspección humana. Antiguamente, los astrónomos analizaban placas fotográficas o imágenes individuales; procesar 20 TB cada noche hace imposible el examen manual. La clasificación de objetos, la detección de anomalías y las alertas de supernovas deben automatizarse mediante algoritmos. El trabajo diario de los astrónomos evoluciona hacia el entrenamiento de modelos, la auditoría de datos y el diseño de tuberías de procesamiento. Con el lanzamiento de EDP2, el equipo de Rubin ha probado todo el flujo de procesamiento de datos para poner a punto las herramientas de la comunidad científica.

Para el público general, este diluvio de datos tiene dos implicaciones directas. En primer lugar, los sistemas de alerta temprana de asteroides para la defensa planetaria darán un salto cualitativo. En segundo lugar, bajo la política de datos abiertos de Rubin, tras dos años de exclusividad, los datos estarán disponibles para el público, permitiendo a cualquier persona consultar el catálogo de 20.000 millones de objetos desde su casa. Los datos astronómicos pasan de ser un activo privado de unas pocas instituciones a un bien público global.

20 años de dificultades antes del primer resultado

El camino hasta este logro estuvo lejos de ser sencillo. Transcurrieron más de 20 años desde los primeros borradores hasta la obtención de las primeras imágenes científicas. El presupuesto se duplicó respecto a las estimaciones iniciales, hubo múltiples retrasos y en varios momentos se sopesó la cancelación del proyecto. La captura de estas 500.000 galaxias es el fruto de innumerables revisiones y perseverancia técnica.

Es también un homenaje a Chile. El día del anuncio, el equipo de Rubin dedicó la imagen a los habitantes de la Región de Coquimbo, que recientemente había sufrido intensos temporales. Las altas cumbres andinas continúan siendo el pilar fundamental para la observación astronómica de vanguardia.

Las 500.000 galaxias son solo el comienzo. Durante la próxima década, esta cámara de 3 toneladas funcionará cada noche despejada para registrar las transformaciones del cosmos. Por primera vez, la humanidad tiene la capacidad de filmar una película del universo observable.

Enlaces de referencia:

• Noticias del Observatorio Rubin: Rubin Observatory’s first LSST Camera release
• Discusión en HN (item?id=49183079)
• Nota de prensa de SLAC: DOE-NSF Rubin Observatory opens a deep window on a famous cosmic field
• Reportaje en Phys.org: Rubin Observatory opens a deep window on a famous cosmic field