Telescopio James Webb: nuevos ojos para descubrir el Universo

El gran sucesor del Telescopio Hubble recolectará luz infrarroja de los rincones más distantes del espacio, lo que permitirá a los científicos estudiar la infancia del universo y abrirá nuevas puertas en la exploración espacial

Telescopio James Webb: nuevos ojos para descubrir el Universo
Foto: AP
Ciencia y Salud 20/12/2021 02:40 Berenice González Durand Actualizada 11:32
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La odisea ha durado 25 años, pero aún no ocupa su prometido lugar en el espacio. Después de varios retrasos y la polémica por su alto costo, se fija una nueva fecha para el esperado lanzamiento del Telescopio James Webb. Programado para lanzarse el 24 de diciembre, este portento tecnológico que empezó a desarrollarse en 1996, finalmente se prepara para recolectar luz infrarroja de los rincones más distantes del Cosmos y convertirse en el observatorio espacial más grande de la historia.

Cuando empezó su diseño fue nombrado Telescopio Espacial Siguiente Generación (NGST), pues se concebía como el gran sucesor del Telescopio Hubble, puesto en órbita en 1990 y que aún manda información después de 31años de servicio, a pesar de una falla detectada hace unos meses en su computadora principal que finalmente fue arreglada por jubilados de la NASA, los únicos en entender a la perfección el funcionamiento del telescopio espacial más legendario. Respetado y funcional, el Hubble muestra, sin embargo, los efectos del tiempo.

En 2002 el NGST cambió su nombre por el de James Webb, quien fuera administrador de la NASA entre 1961 y 1968 y jugara un papel decisivo en el exitoso programa Apolo que puso al hombre en la Luna. Con un nuevo nombre, el Telescopio James Webb también se cruzó con nuevos problemas en su camino. Se rediseñó en 2006, pero cinco años después hubo un intento de cancelar el programa por el enorme gasto en su desarrollo. Finalmente, se acordó un presupuesto tope —8 mil millones de dólares que al final ascendió a 9 mil 700 millones— y se siguieron los planes hasta que finalizó su construcción hace cinco años. La fase de pruebas comenzó y recomenzó con algunas fallas y otros sucesos inesperados —Pandemia incluida—, que han retrasado en varias ocasiones sus planes de lanzamiento.

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Ambicioso proyecto espacial

La complejidad y ambiciosas metas de este artefacto explican en gran parte los retrasos. Las diferencias con su antecesor muestran una porción de los retos: mientras que el Hubble está situado en una órbita terrestre baja, alrededor de 540 kilómetros de distancia con nuestro planeta; el James Webb se ubicará a 1.5 millones de kilómetros, justo para orbitar el Sol alrededor del segundo punto de Lagrange (L2). La distancia supone potenciar las oportunidades de reconocimiento del Universo, pero también supone un problema: no será posible mandar misiones para su reparación, en caso de algún desperfecto. Es así que la prolongada espera también tiene que ver con la minuciosidad con la que los científicos preparan su despegue desde la Tierra y por lo que han detallado durante años los instrumentos que lo integran, como su espejo principal, cuyo diámetro es casi tres veces mayor que el del Hubble y está integrado por 18 espejos hexagonales fabricados con berilio recubierto por una película de oro.

Después del lanzamiento planeado desde la Guyana Francesa a bordo del cohete europeo Ariane 5, donde el telescopio ha sido “doblado” como una especie de origami, James Webb irá desplegándose paulatinamente durante 30 días y sus sistemas empezarán a probarse en el espacio casi durante medio año antes de iniciar sus funciones que están relacionadas con una palabra corta pero intensa: infrarrojo. Cuando más lejos tiene que viajar la luz, más se desplaza al rojo.

George Rieke, profesor de astronomía en la Universidad de Arizona, y Gillian Wright, directora del Centro de Astronomía del Reino Unido, publicaron un artículo donde hablaban justamente de la importancia de este término frente a las metas actuales de la astronomía. La expansión del Universo desplaza la energía hacia longitudes de onda larga, por lo que los objetos de cuando era mucho más joven se pueden apreciar gracias a las observaciones infrarrojas.

En este sentido, es importante recordar que mientras que el Hubble captura luz visible, ultravioleta y un poco de luz infrarroja, el telescopio James Webb estará centrado totalmente en la luz infrarroja. Es así que esta energía será precisamente la clave para lograr que el nuevo telescopio espacial pueda viajar aún más atrás en el tiempo que su antecesor.

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Los especialistas explican que el Universo está relativamente inexplorado en longitudes de onda del infrarrojo medio. Dado que cualquier cosa a temperatura ambiente emite luz infrarroja media, los especialistas que trabajan con telescopios terrestres observan la emisión de este tipo de energía en primer plano del telescopio y la atmósfera, donde hay mucho “ruido”, es decir, otros objetos que emiten este tipo de energía —tostadoras y humanos en la lista—. A pesar de esto, se han obtenido algunos resultados interesantes con los telescopios terrestres capaces de captar esta energía, pero la mirada desde el plano espacial tiene muchas más posibilidades.

Los mejores resultados en el infrarrojo medio provienen de telescopios en el vacío del espacio, pero donde se necesitan enfriar a temperaturas criogénicas para un buen desempeño. Esto trae consigo grandes desafíos técnicos. Los primeros telescopios infrarrojos en el espacio se construyeron como especies de termos con paredes gruesas para mantener el vacío, pero esto los condenaba a ser muy pequeños, alrededor de una décima parte del diámetro de Webb.

El Telescopio James Webb está desarrollado a una escala que se acerca a los telescopios más grandes colocados sobre la superficie terrestre, y será lo suficientemente frío como para proporcionar todo el potencial del infrarrojo medio. Cuenta con un escudo solar revestido de silicio y aluminio que permitirá mantener la temperatura operativa por debajo de los 50 grados Kelvin (menos 223.15 ºC), a pesar de su exposición a la radiación solar. Esta protección será vital para el funcionamiento de MIRI, un instrumento de infrarrojos que agrega longitudes de onda de hasta 28.5 micrones, lo que visibiliza toda una serie de objetos celestes muy lejanos, como las protoestrellas y sus discos protoplanetarios circundantes. Antes de que este instrumento, uno de los cuatro que integran el telescopio, pueda funcionar, debe enfriarse a prácticamente la temperatura más baja que puede alcanzar la materia, es por eso que se adjuntó un refrigerador criogénico al cuerpo del James Webb.

Unos 77 días después del lanzamiento, el refrigerador criogénico invertirá 19 días en bajar la temperatura de los detectores del instrumento hasta menos 7 kelvin. “Es relativamente fácil enfriar algo a esa temperatura en la Tierra, generalmente para aplicaciones científicas o industriales”, ha señalado al respecto Konstantin Penanen, especialista en crioenfriadores del Jet Propulsion Laboratory de la NASA en el sur de California, que administra el instrumento MIRI para la NASA. “Esos sistemas ​​en la Tierra son muy voluminosos y energéticamente ineficientes. Para un observatorio espacial, necesitábamos un enfriador físicamente compacto, de alta eficiencia energética y muy fiable porque no podemos salir a repararlo. Así son los desafíos que enfrentamos y, en ese sentido, diría que el enfriador criogénico de MIRI está sin duda a la vanguardia”.

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Objetivos científicos

El Telescopio James Webb permitirá a los científicos estudiar las estructuras y los orígenes de nuestro Universo. Uno de los grandes objetivos del Webb será estudiar las propiedades de la primera generación de estrellas. La NIRCam podrá detectar objetos extremadamente distantes y ayudará a los científicos a confirmar si las débiles fuentes de luz son cúmulos de estrellas de primera generación. Además de revelar los lugares del nacimiento de las estrellas, el telescopio también ayudará a detectar moléculas que son comunes en la Tierra, como el agua, el dióxido de carbono y el metano, así como las de minerales rocosos como los silicatos. Esta exploración se realizará en ambientes fríos alrededor de estrellas cercanas, donde pueden formarse planetas, lo que abrirá un nuevo capítulo a los objetivos fijados en la exploración espacial. La observación de exoplanetas ubicados en las zonas habitables de sus estrellas dará nuevas pistas de agua líquida y dónde puede haber firmas de habitabilidad. Usando una técnica llamada espectroscopia de transmisión, el observatorio examinará la luz de las estrellas filtrada a través de atmósferas planetarias para conocer a detalle sus composiciones químicas.

Otros ambiciosos objetos de estudio son los cuásares, alimentados por agujeros negros supermasivos, miles de millones de veces más masivos que el Sol. Después de su lanzamiento, algunas de las primeras metas de estudio del James Webb serán justamente seis de los cuásares más distantes y luminosos. Los científicos podrán observar cómo están interconectados durante las primeras etapas de la evolución de las galaxias en el Universo temprano. Es así que la capacidad para viajar en el tiempo y descubrir la materia con la que hemos sido creados promete potencializarse a través de este ambicioso programa internacional dirigido por la NASA, en compañía de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense, que se espera tenga una vida útil de alrededor de diez años.

9.7 MILLONES DE DÓLARES Presupuesto tope del Telescopio James Webb construido en 25 años.

Frase

“Para un observatorio espacial, necesitábamos un enfriador físicamente compacto, de alta eficiencia energética y muy fiable”. Konstantin Penanen. Especialista de la NASA

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