El Telescopio Espacial James Webb de la NASA es el telescopio espacial más potente jamás construido.
Tras un complejo proceso de ingeniería, marcado por años de retrasos y miles de millones de dólares, está previsto que se lance a órbita el 18/12/21.
James Webb fue construido para detectar la tenue luz infrarroja de las primeras estrellas o galaxias.
Se espera que los datos recopilados por este revolucionario telescopio respondan a preguntas clave sobre cómo comenzó el universo.
Algunos han llamado al Telescopio Espacial James Webb de la NASA el «telescopio que devoró la astronomía». Es el telescopio espacial más potente jamás construido y una compleja pieza de origami mecánico que ha superado los límites de la ingeniería humana. El 18 de diciembre de 2021, tras años de retrasos y miles de millones de dólares en sobrecostes, el telescopio está previsto para ser lanzado a órbita e inaugurar la próxima era de la astronomía.
Soy astrónomo especializado en cosmología observacional: llevo 30 años estudiando galaxias lejanas. Algunas de las mayores preguntas sin respuesta sobre el universo se relacionan con sus primeros años, justo después del Big Bang. ¿Cuándo se formaron las primeras estrellas y galaxias? ¿Cuál surgió primero, y por qué? Me entusiasma enormemente que los astrónomos puedan descubrir pronto la historia de cómo comenzaron las galaxias, porque James Webb fue diseñado específicamente para responder a estas mismas preguntas.
La «Edad Oscura» del universo
Abundantes pruebas demuestran que el universo comenzó con un suceso llamado Big Bang, hace 13 800 millones de años, lo que lo dejó en un estado ultracaliente y ultradenso. El universo comenzó a expandirse de inmediato tras el Big Bang, enfriándose a medida que lo hacía. Un segundo después del Big Bang, el universo tenía una extensión de cien billones de millas y una temperatura media de increíbles 18 000 millones de °F (10 000 millones de °C). Alrededor de 400 000 años después del Big Bang, el universo tenía una extensión de 10 millones de años luz y la temperatura se había enfriado hasta 5500 °F (3000 °C). Si alguien hubiera estado allí para presenciarlo en ese momento, el universo habría brillado con un tenue rojo, como una gigantesca lámpara de calor.
Durante todo este tiempo, el espacio estaba lleno de una sopa uniforme de partículas de alta energía, radiación, hidrógeno y helio. No existía ninguna estructura. A medida que el universo en expansión se hacía más grande y más frío, la sopa se fue disipando y todo se desvaneció en negro. Este fue el inicio de lo que los astrónomos llaman la Edad Oscura del universo.
La sopa de la Edad Oscura no era perfectamente uniforme y, debido a la gravedad, pequeñas zonas de gas comenzaron a agruparse y a volverse más densas. El universo, antes liso, se volvió irregular, y estos pequeños grumos de gas más denso fueron las semillas de la formación posterior de estrellas, galaxias y todo lo demás en el universo.
Aunque no había nada que ver, la Edad Oscura fue una fase importante en la evolución del universo.
En busca de la primera luz
La Edad Oscura terminó cuando la gravedad formó las primeras estrellas y galaxias, que finalmente comenzaron a emitir la primera luz. Aunque los astrónomos no saben cuándo se produjo la primera luz, la estimación más probable es que fuera varios cientos de millones de años después del Big Bang. Los astrónomos tampoco saben si primero se formaron las estrellas o las galaxias.
Teorías actuales basadas en cómo la gravedad forma estructuras en un universo dominado por la materia oscura sugieren que los objetos pequeños, como las estrellas y los cúmulos estelares, probablemente se formaron primero y luego crecieron hasta convertirse en galaxias enanas y, más tarde, en galaxias más grandes como la Vía Láctea. Estas primeras estrellas del universo eran objetos extremos en comparación con las estrellas actuales. Eran un millón de veces más brillantes, pero tenían vidas muy breves. Ardían intensamente y con gran brillo y, al morir, dejaron tras de sí agujeros negros de hasta cien veces la masa del Sol, que pudieron actuar como semillas para la formación de galaxias.
A los astrónomos les encantaría estudiar esta fascinante e importante era del universo, pero detectar la primera luz es sumamente difícil. En comparación con las masivas y brillantes galaxias actuales, los primeros objetos eran muy pequeños y, debido a la expansión constante del universo, hoy se encuentran a decenas de miles de millones de años luz de la Tierra. Además, las primeras estrellas estaban rodeadas de gas sobrante de su formación, y este gas actuaba como una niebla que absorbía la mayor parte de la luz. Hicieron falta varios cientos de millones de años para que la radiación disipara la niebla. Esta luz primitiva es muy tenue cuando llega a la Tierra.
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Pero este no es el único desafío.
A medida que el universo se expande, estira continuamente la longitud de onda de la luz que viaja a través de él. A esto se le llama corrimiento al rojo, porque desplaza la luz de longitudes de onda más cortas, como la azul o la blanca, hacia longitudes de onda más largas, como la roja o la infrarroja. Aunque no es una analogía perfecta, es similar a lo que ocurre cuando un coche pasa junto a usted: el tono de los sonidos que emite se reduce notablemente.
Cuando la luz emitida por una estrella o galaxia primitiva hace 13 000 millones de años llega a cualquier telescopio en la Tierra, se ha estirado por un factor de 10 debido a la expansión del universo. Llega como luz infrarroja, lo que significa que tiene una longitud de onda más larga que la de la luz roja. Para ver la primera luz, hay que buscar luz infrarroja.
El telescopio como máquina del tiempo
Presentamos el Telescopio Espacial James Webb.
Los telescopios son como máquinas del tiempo. Si un objeto se encuentra a 10 000 años luz, eso significa que su luz tarda 10 000 años en llegar a la Tierra. Así, cuanto más lejos en el espacio miran los astrónomos, más atrás en el tiempo estamos mirando.
Los ingenieros optimizaron James Webb para detectar específicamente la tenue luz infrarroja de las primeras estrellas o galaxias. En comparación con el Telescopio Espacial Hubble, James Webb tiene un campo de visión de su cámara 15 veces más amplio, recoge seis veces más luz y sus sensores están ajustados para ser más sensibles a la luz infrarroja.
La estrategia consistirá en observar con detenimiento una porción del cielo durante mucho tiempo, recogiendo la mayor cantidad posible de luz e información de las galaxias más lejanas y antiguas. Con estos datos, podría ser posible responder cuándo y cómo terminó la Edad Oscura, pero aún quedan muchos otros descubrimientos importantes por hacer. Por ejemplo, desentrañar esta historia también podría ayudar a explicar la naturaleza de la materia oscura, la misteriosa forma de materia que constituye aproximadamente el 80 % de la masa del universo.
James Webb es la misión más compleja desde el punto de vista técnico que ha intentado jamás la NASA. Pero creo que las preguntas científicas que puede ayudar a responder valdrán cada gramo de esfuerzo. Yo y otros astrónomos esperamos con entusiasmo que los datos comiencen a llegar en algún momento de 2022.
