Lunes 3 de octubre, 2022

CIENCIA | 26-01-2022 11:18

James Webb: el telescopio espacial más potente, se estaciona a 1,6 millones de kms

Es la ubicación ideal para escanear los cielos en busca de la tenue luz infrarroja de la primera generación de estrellas y galaxias. El objetivo es que detecte las primeras estrellas en encenderse después del Big Bang. Los planetas extrasolares.

La primera semana del año que estamos estrenando comenzó con uno de los más grandes desafíos de la ciencia en materia de astronáutica: el despliegue de estructuras críticas del telescospio espacial James Webb, el más potente lanzado hasta el presente. Suavemente comenzaron a separarse y tensarse las cinco capas individuales que componen el escudo del telescopio, conteniendo a los espejos y al protector solar del Webb.

Misión silenciosa, delicada, casi de origami: el Webb tuvo que superar 344 de lo que los ingenieros denominan "fallas de un solo punto", es decir acciones que de no ocurrir en el momento y en el orden correctos podrían haber inutilizado todo el proyecto. Sí, 344. 

Y es que el espejo del Webb (de 6,5 metros) y su enorme parasol tuvieron que replegarse y doblarse sobre sí mismos para entrar en un cohete de 5 metros de diámetro. Por eso, la fase del despliegue era vital. 

Ahora el Telescopio Espacial James Webb entrará en la órbita en la cual se estacionará (por decirlo de alguna manera) a casi 1.609.344 kilómetros de distancia de la Tierra (la Luna está a unos 384.000 kilómetros), un lugar ideal para escanear los cielos en busca de la tenue luz infrarroja de la primera generación de estrellas y galaxias. Llegar allí, y desplegar con éxito una sombrilla gigante, espejos y otros accesorios en el camino es solo una parte de toda la misión.

Lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb.


Qué pasó

El primer día del lanzamiento, se desplegó el escudo térmico del tamaño de una cancha de tenis que posee el telescopio espacial. El Webb se especializa en observaciones infrarrojas, que son sensibles al calor, lo que hace que el parasol sea un componente vital del observatorio. 

En particular, los expertos se centraron en controlar los niveles de temperatura de un conjunto de motores que se utilizan durante el tensado del parasol, el proceso que separa y suaviza las cinco delicadas capas del deflector solar en forma de cometa. Todo el proceso demandó 15 días, hasta el despliegue del espejo principal. 

La mayoría de los pasos de ese procedimiento se controlan desde el suelo. Ahora, Los científicos e ingenieros tienen que convertir al James Webb en un telescopio funcional, alineando con precisión sus 18 segmentos de espejo primario para que funcionen juntos como un solo espejo de casi 7 metros de ancho, el más grande jamás lanzado.

Prelanzamiento del James Webb.

Historia

El telescopio James Webb fue lanzado al espacio el sábado 25 de diciembre del 2021 en un cohete Ariane desde la Guayana Francesa, en el Caribe. El dispositivo es el sucesor del observatorio espacial Hubble, ya mayor (tiene 31 años), que se acerca al final de su vida operativa.

El equipo de científicos que ideó y que trabajó durante 25 años en la construcción del Webb esperan que el telescopio logre detectar las primeras estrellas en encenderse después del Big Bang o Gran Explosión hace más de 13.500 millones de años. Es decir que observará una época del universo nunca vista antes, cuando  las primeras galaxias y estrellas se estaban formando.

Fueron tres las agencias espaciales que participaron de la construcción del súper observatorio del pasado: la NASA (de los Estados Unidos), la ESA (de la Unión Europea) y CSA, de origen canadiense. 

Las tres vienen trabajando en conjunto desde 1996, cuando un comité de expertos recomendó desarrollar un telescopio espacial para observar el universo en luz infrarroja. Esta longitud de onda permite ver a través de las nubes de polvo y gas, ampliando la visión más atrás en el espacio y el tiempo, hasta hace unos 13.500 millones de años, respecto a lo que permite el Hubble operando con luz visible (unos 12.500 millones de años).

Espectógrafo del James Webb.

Componentes

El conjunto se asienta en una aeronave sobre la que está el gigantesco escudo solar o parasol, tan grande como una pista de tenis y dividido en cinco capas, que lo protegen de la luz y el calor que llegan desde el Sol y la Tierra. La temperatura en la parte orientada hacia nuestra estrella puede rondar los 100 grados centígrados mientras que detrás, en la lado frio en el que trabajan los instrumentos, alcanzar los 235 grados bajo cero.

Encima del parasol multicapa se sitúa el telescopio en sí mismo, formado por el espejo primario de 6,5 metros con 18 piezas hexagonales. Está fabricado de berilio revestido de oro, un metal precioso que refleja muy bien la débil luz infrarroja para su posterior detección.

Detrás del gran espejo los científicos montaron un módulo científico (ISIM) con cuatro instrumentos. Un espejo secundario reflejará la luz del primario en ellos. Además la nave cuenta con otros elementos, como antenas, estabilizadores y un sensor de guiado fino (FGS) para orientarse de forma muy precisa y mantener el observatorio estable.

De los cuatro instrumentos, tres operan en el infrarrojo cercano (NIRCam de la NASA, NIRSpec de fabricación enteramente europea y NIRISS canadiense), y otro en el infrarrojo medio (MIRI, construida al 50% entre la NASA y la ESA). Dentro llevan cámaras para tomar imágenes de objetos astronómicos, espectrógrafos que descomponen la luz en sus colores para analizarla y coronógrafos para bloquear la luz de las estrellas, lo que permite observar los planetas que orbitan en torno a ellas.

El Webb está llegando a su destino, a 1,6 millones de kilómetros, en el denominado punto de Lagrange L2, un lugar óptimo del sistema Sol-Tierra donde estabilizar y colocar este tipo de observatorios. De manera tal que el telescopio tiene alguna vez alguna avería ningún astronauta podrá ir a repararlo, cómo si se hizo con el Hubble. La idea es que el James Webb esté en ese sitio observando el universo durante al menos cinco años, con opción a diez en total. El presupuesto global de este complejo observatorio espacial ronda los 10.000 millones de dólares.

Espejo principal

Infrarrojo

Aún cuando el telescopio espacial James Webb y el telescopio espacial Hubble se comparan con frecuencia, sus imágenes serán bastante diferentes, revelando diferentes aspectos del universo. Mientras que la fuerza del Hubble es obtener imágenes del universo visible, las superpotencias infrarrojas del Webb permitirán al telescopio ver a través del polvo directamente en el corazón de las nebulosas, galaxias y regiones de formación de estrellas que están ocultas a la vista del Hubble.

El telescopio espacial Hubble fue construido para detectar luz visible y ultravioleta. McCaughrean, entonces estudiante de doctorado en la Universidad de Edimburgo en Escocia, fue uno de esos científicos que desarrollaron detectores de infrarrojos tempranos, una tecnología que ahora forma parte de cuatro instrumentos científicos de vanguardia que componen el Telescopio Espacial James Webb.

"En la década de 1980, se tomaron imágenes infrarrojas con un detector que escaneaba el cielo un píxel a la vez", le explicó McCaughrean a Space.com. "Me tomó una eternidad. Mi tesis doctoral trataba sobre la primera cámara que podía tomar imágenes infrarrojas 2D. Teníamos 58 veces 62 píxeles, y eso era 4.000 veces más de lo que tenían todos los demás, porque solo tenían uno". Y agrega: "Los detectores en el Webb poseen 2000 por 2000 píxeles. Y tenemos muchos de ellos".

¿Qué le permitirán todos esos píxeles al Telescopio Espacial James Webb? El espejo gigante del James Webb alimentará la luz de las estrellas y galaxias en cuatro instrumentos de vanguardia diseñados no solo para tomar imágenes, sino también para analizar la composición química del universo cercano y distante.

Esto se hace con una técnica conocida como espectroscopía, que analiza cómo la materia del universo absorbe la luz. A medida que diferentes elementos químicos absorben luz en diferentes longitudes de onda, los astrónomos podrán reconstruir de qué están hechas las estrellas, nebulosas, galaxias y planetas que se encuentren dentro del alcance observacional del James Webb.

Estas mejoras en la resolución de las imágenes infrarrojas son fundamentales para obtener imágenes de los confines más lejanos del universo. Donde el telescopio espacial Hubble podría brindar solo una estimación aproximada de la edad y la composición química de una galaxia antigua, Webb lo hará con precisión.

Pero, además, podrá analizar qué sustancias químicas había en aquellas estrellas lejanísimas en el tiempo. Las hipótesis actuales indican que el universo primitivo tenía una composición química muy diferente de la actual. Consistía solo en hidrógeno, helio y un poco de litio. Todos los demás elementos químicos que se observan en la actualidad, incluidos los que hacen posible la vida, se cocinaron durante eones dentro de esas estrellas.

Además, con el Webb los expertos podrán ver (sí, ver) el nacimiento de múltiples estrellas en cúmulos. Hasta ahora, solo podían detectarlos. Y eso, en lugares muy lejanos del universo, donde las condiciones ambientales son muy diferentes de las que se han detectado en la Vía Láctea. La esperanza es, inclusive, ver la formación de estrellas del tamaño del Sol, algo nunca antes logrado.

Planeta extrasolar


Exoplanetas

Corría el año 1995 cuando se descubrían los dos primeros planetas que orbitaban a otra estrella distinta al Sol. Desde entonces se han detectado miles de exoplanetas de diversos tamaños y tipos. Y aunque no está diseñado con estas otras Tierras potenciales en mente, el Telescopio Espacial James Webb está posicionado para descubrir muchos más. Y también para mostrar detalles a los que nunca antes se tuvo acceso. 

Son planetas con atmósferas que contienen moléculas como dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno. Y para observarlas es mejor hacerlo con espectroscopía infrarroja. Uno de los instrumentos de JWST, la cámara de infrarrojos cercanos (NIRCAM) está equipada con implementos adicionales llamados coronógrafos, que bloquean la luz de una estrella para ver más claramente lo que sucede a su alrededor.

Eso, de hecho, podría involucrar la posibilidad de estudiar las atmósferas de los planetas alrededor de otras estrellas, algunos de los cuales podrían ser habitables, con agua y atmósfera que podrían sustentar vida como la Tierra.

 

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Andrea Gentil

Andrea Gentil

Editora de Ciencia, Medicina y Tecnología. Coordinadora carrera de Comunicación Digital, UNaB.

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