El telescopio espacial James Webb permitirá a los astrónomos, con suerte, encontrar las primeras galaxias que se formaron en el universo.
Para observar las profundidades del universo, el telescopio tiene un espejo muy grande y debe mantenerse extremadamente frío.
Es el telescopio espacial más potente jamás construido y funciona de forma parecida a una antena parabólica, explica la astrónoma Marcia Rieke.
El telescopio espacial James Webb fue lanzado al espacio el 25 de diciembre de 2021 y, con él, los astrónomos esperan encontrar las primeras galaxias que se formaron en el universo, buscar atmósferas similares a la de la Tierra alrededor de otros planetas y alcanzar muchos otros objetivos científicos.
Soy astrónoma y la investigadora principal de la Cámara de Infrarrojo Cercano —o NIRCam por su sigla en inglés— a bordo del telescopio Webb. He participado en el desarrollo y las pruebas tanto de mi cámara como del telescopio en su conjunto.
Para observar las profundidades del universo, el telescopio tiene un espejo muy grande y debe mantenerse extremadamente frío. Pero llevar al espacio un equipo frágil como este no es una tarea sencilla. Mis colegas y yo hemos tenido que superar muchos desafíos para diseñar, probar y, pronto, lanzar y alinear el telescopio espacial más potente jamás construido.
Galaxias jóvenes y atmósferas alienígenas
El telescopio Webb tiene un espejo de más de 20 pies de diámetro, un parasol del tamaño de una cancha de tenis para bloquear la radiación solar y cuatro sistemas independientes de cámaras y sensores para recopilar los datos.
Funciona de forma parecida a una antena parabólica. La luz de una estrella o galaxia entrará por la abertura del telescopio y rebotará en el espejo primario hacia los cuatro sensores: NIRCam, que toma imágenes en el infrarrojo cercano; el Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano, que puede descomponer la luz de una selección de fuentes en sus colores constituyentes y medir la intensidad de cada uno; el Instrumento de Infrarrojo Medio, que toma imágenes y mide longitudes de onda en el infrarrojo medio; y el Espectrógrafo sin rendija para imágenes en el infrarrojo cercano, que descompone y mide la luz de cualquier objeto al que los científicos apunten el satélite.
Este diseño permitirá a los científicos estudiar cómo se forman las estrellas en la Vía Láctea y las atmósferas de los planetas fuera del sistema solar. Incluso podría ser posible determinar la composición de estas atmósferas.
Desde que Edwin Hubble demostró que las galaxias lejanas son como la Vía Láctea, los astrónomos se han preguntado: ¿Qué edad tienen las galaxias más antiguas? ¿Cómo se formaron? ¿Y cómo han cambiado con el tiempo? Al telescopio Webb se le llamó originalmente «Máquina de la primera luz» porque está diseñado para responder precisamente a estas preguntas.
Uno de los principales objetivos del telescopio es estudiar galaxias lejanas cercanas al límite del universo observable. La luz de estas galaxias tarda miles de millones de años en atravesar el universo y llegar a la Tierra. Calculo que las imágenes que mis colegas y yo obtendremos con NIRCam podrían mostrar protogalaxias que se formaron apenas 300 millones de años después del Big Bang, cuando tenían solo el 2 % de su edad actual.
¿Qué está haciendo el Foro Económico Mundial con respecto a la Cuarta Revolución Industrial?
El Centro para las Tecnologías de Frontera y la Innovación reúne a científicos, responsables políticos y líderes empresariales para comprender las tecnologías emergentes y sus repercusiones en el mundo real.
Al facilitar la colaboración y la experimentación, el Centro ayuda a sus socios a convertir la innovación procedente de la investigación en aplicaciones prácticas que abordan desafíos globales compartidos.
Encontrar las primeras agrupaciones de estrellas que se formaron después del Big Bang es una tarea abrumadora por una sencilla razón: estas protogalaxias están muy lejos y, por ello, parecen muy tenues.
El espejo de Webb está hecho de 18 segmentos independientes y puede captar más de seis veces más luz que el espejo del telescopio espacial Hubble. Los objetos distantes también parecen muy pequeños, por lo que el telescopio debe poder enfocar la luz con la mayor precisión posible.
El telescopio también debe hacer frente a otra complicación: como el universo se está expandiendo, las galaxias que los científicos estudiarán con el telescopio Webb se alejan de la Tierra y entra en juego el efecto Doppler. Igual que el tono de la sirena de una ambulancia baja y se vuelve más grave cuando pasa y empieza a alejarse, la longitud de onda de la luz de las galaxias lejanas se desplaza de la luz visible a la luz infrarroja.
Webb detecta luz infrarroja; en esencia, es un gigantesco telescopio térmico. Para «ver» galaxias tenues en luz infrarroja, el telescopio debe estar excepcionalmente frío; de lo contrario, solo vería su propia radiación infrarroja. Aquí es donde entra en juego el escudo térmico. Está hecho de un plástico delgado recubierto de aluminio. Tiene cinco capas y mide 46.5 pies (17.2 metros) por 69.5 pies (21.2 metros), y mantendrá el espejo y los sensores a menos 390 grados Fahrenheit (menos 234 Celsius).
El telescopio Webb es una proeza de ingeniería increíble, pero ¿cómo se lleva algo así al espacio de forma segura y se garantiza que funcione?
Pruebas y ensayos
El telescopio espacial James Webb orbitará a un millón de millas de la Tierra—unas 4,500 veces más lejos que la Estación Espacial Internacional y demasiado lejos para que los astronautas puedan repararlo.
Durante los últimos 12 años, el equipo ha probado el telescopio y sus instrumentos, los ha sacudido para simular el lanzamiento del cohete y ha vuelto a probarlos. Todo se ha enfriado y probado bajo las condiciones operativas extremas de la órbita. Nunca olvidaré cuando mi equipo estaba en Houston probando NIRCam en una cámara diseñada para el vehículo lunar Apolo. Fue la primera vez que mi cámara detectó luz que había rebotado en el espejo del telescopio, y no podríamos haber estado más felices, aunque afuera nos azotaba el huracán Harvey.
Después de las pruebas llegaron los ensayos. El telescopio se controlará a distancia mediante comandos enviados por radio. Pero, como estará tan lejos —una señal tarda seis segundos en llegar en un solo sentido—, no habrá control en tiempo real. Así que, durante los últimos tres años, mi equipo y yo hemos estado yendo al Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore y realizando misiones de ensayo en un simulador que abarca desde el lanzamiento hasta las operaciones científicas rutinarias. El equipo incluso ha practicado cómo afrontar posibles problemas que los organizadores de las pruebas nos plantean y llaman cariñosamente «anomalías».
Se requiere cierta alineación
El equipo Webb siguió ensayando y practicando hasta la fecha del lanzamiento, pero nuestro trabajo está lejos de haber terminado.
Tenemos que esperar 35 días después del lanzamiento para que las piezas se enfríen antes de empezar la alineación. Una vez desplegado el espejo, NIRCam tomará secuencias de imágenes de alta resolución de cada segmento del espejo. El equipo del telescopio analizará las imágenes e indicará a los motores que ajusten los segmentos en incrementos medidos en milmillonésimas de metro. Cuando los motores coloquen los espejos en su posición, confirmaremos que la alineación del telescopio es perfecta. Esta tarea es tan crucial para la misión que hay dos copias idénticas de NIRCam a bordo: si una falla, la otra puede encargarse de la alineación.
Este proceso de alineación y verificación debería durar seis meses. Cuando termine, Webb empezará a recopilar datos. Después de 20 años de trabajo, los astrónomos por fin tendrán un telescopio capaz de observar los confines más lejanos del universo.
