30 de Diciembre de 2021
Astronomía

Los próximos pasos del telescopio James Webb

Tras su exitoso lanzamiento, el observatorio espacial debe llevar a cabo cientos de operaciones técnicas mientras viaja hacia su nuevo hogar.

El telescopio espacial James Webb se lanzó el 25 de diciembre a las 13:20, hora española, desde el puerto espacial que la Agencia Espacial Europea tiene en Kourou, en la Guayana Francesa. [NASA/Bill Ingalls]

El telescopio espacial James Webb, la mayor apuesta de la humanidad hasta la fecha en su afán por explorar el universo, se elevó al espacio el pasado 25 de diciembre, en lo que supuso la culminación de décadas de trabajo por parte de astrónomos de todo el mundo. Pero para que el telescopio dé inicio a una nueva era de la astronomía, como muchos científicos esperan que suceda, deberá ejecutar con éxito cientos de complicadas operaciones técnicas en los próximos días y semanas.

«Ahora comienza la parte difícil», señaló tras el despegue John Grunsfeld, astrofísico, antiguo astronauta y exdirector científico de la NASA.

El James Webb ha costado 10.000 millones de dólares y es el observatorio espacial más complejo y caro de la historia. Y también es el sucesor del telescopio espacial Hubble, que ha estudiado el universo desde 1990. Tras su lanzamiento, llega la parte más arriesgada de la misión: desplegar todos los componentes necesarios para que su enorme espejo escrute los confines del cosmos, remontándose hasta casi el inicio de los tiempos. [Recordemos que al observar objetos muy distantes del universo, los estamos viendo tal y como eran en el pasado, en el momento en que emitieron la luz que hoy llega hasta nosotros.]

Los astrónomos no podrán respirar tranquilos hasta que no entren en funcionamiento todos los equipos y se hayan completado las primeras observaciones científicas, lo que probablemente ocurrirá en julio. Hasta entonces «habrá mucho nerviosismo», admite Heidi Hammel, científica interdisciplinaria de la misión y vicepresidenta científica de la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía.

El telescopio James Webb, construido por la NASA, despegó el 25 de diciembre a las 13:20 (hora española) desde el puerto espacial de Kourou, en la Guayana Francesa, impulsado por un cohete Ariane 5 que proporcionó la Agencia Espacial Europea (ESA). El tercer socio internacional del proyecto es la Agencia Espacial Canadiense.

«Qué día tan emotivo», exclamó Thomas Zurbuchen, director científico de la NASA, en una transmisión de vídeo por Internet realizada desde el lugar del lanzamiento. «Es el comienzo de una de las misiones más asombrosas que haya concebido la humanidad.»

«Ahora mismo estoy muy emocionada, tras ver suceder al fin algo que todos llevábamos esperando tanto tiempo», añadió Jeyhan Kartaltepe, astrónoma del Instituto de Tecnología de Rochester que ha obtenido tiempo de observación en el telescopio. «Estoy enormemente agradecida a todos los que trabajaron tan duro para lograr que fuera un éxito.»

Rumbo al punto L2

El Ariane 5 transportó el telescopio James Webb al espacio a lo largo de una trayectoria aparentemente impecable, lo cual supone un ahorro de combustible que el telescopio podrá usar con fines científicos en los próximos años. Tras separarse del vehículo de lanzamiento a los 27 minutos del despegue, el observatorio desplegó sus paneles solares, un paso crucial que permitió que la electricidad comenzara a circular. «Eso me tuvo media hora sin pestañear», rememora Grunsfeld.

Imagen del telescopio James Webb en el espacio, captada por las cámaras a bordo de la etapa superior del cohete cuando este se separó del observatorio. La Tierra es visible en la esquina superior derecha. [<a href="https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/51775886252/in/album-72157720000770033/">Arianespace, ESA, NASA, CSA, CNES</a>]

Horas más tarde, el telescopio encendió sus motores para corregir su trayectoria y poner rumbo a su destino final, un lugar del espacio conocido como el segundo punto de Lagrange, o L2, localizado a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. Una vez allí, nuestro planeta se situará en todo momento entre el Sol y el telescopio, que escudriñará los oscuros confines del espacio exterior mientras protege sus sensibles sistemas ópticos de la luz solar.

El viaje hasta L2 llevará 29 días, con más de 300 momentos críticos en los que algo podría salir mal. Durante todo este proceso, el telescopio será como una mariposa que emerge de su crisálida, según Günther Hasinger, director científico de la ESA. Una mariposa muy cara y compleja, de tres pisos de altura.

Lo primero y más importante es que el telescopio despliegue su escudo solar, una operación que ya ha comenzado y se extenderá al menos hasta este fin de semana. El escudo tiene forma de cometa y es del tamaño de una cancha de tenis. Su misión es proteger al observatorio de la radiación, logrando que la temperatura ambiente baje desde los 110 grados Celsius que se alcanzarán en el lado que mira al Sol hasta los −235 grados Celsius en la parte opuesta. Y es que el telescopio James Webb requiere temperaturas gélidas para poder captar los destellos que emiten las galaxias distantes y otros objetos cósmicos en longitudes de onda infrarrojas.

«El aspecto singular del James Webb es que se trata de un telescopio frío», explica Hasinger. Si el escudo no se despliega correctamente, las capacidades científicas del observatorio se verán gravemente afectadas.

Tres días después del lanzamiento, empezaron a desplegarse dos estructuras rectangulares a ambos lados del observatorio. Ahora esas estructuras se abrirán para dejar al descubierto las cinco capas del escudo. Finalmente, estas membranas se tensarán y fijarán en su lugar, como cuando estiramos una sábana sobre un colchón.

Alineación de los espejos

A los diez días del lanzamiento, si todo va bien, el telescopio James Webb moverá su pequeño espejo secundario para situarlo frente al enorme espejo primario, que aún estará plegado. Dos días después, dos secciones del espejo primario comenzarán a girar sobre unas bisagras hasta crear el espejo completo de 6,5 metros de ancho. Llegados a ese punto, los 18 segmentos hexagonales del espejo, hechos de berilio y recubiertos de oro, se asemejarán a un gigantesco panal reluciente, y el James Webb se convertirá en un verdadero telescopio porque podrá captar la luz, destaca Hammel.

El enorme espejo de berilio y oro del telescopio (<em>plegado en la imagen</em>) se sitúa en el centro de un escudo térmico de cinco capas. [<a href="https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/xpjzwp2a.jpeg">Chris Gunn/NASA</a>]

Unas dos semanas después, el telescopio debería llegar a su ubicación final en el punto L2. Ese emplazamiento está demasiado lejos de la Tierra para que los astronautas vayan y arreglen el telescopio si algo sale mal, como tuvieron que hacer después de que el Hubble despegara con un espejo defectuoso. (Los astronautas, entre ellos Grunsfeld, acabaron viajando en cinco ocasiones hasta el Hubble para actualizar sus instrumentos científicos y conseguir que siguiera siendo un observatorio de primera clase.)

Pero si el escudo solar y los espejos se despliegan correctamente, el telescopio habrá superado la parte más arriesgada de su misión. A partir de ahí, todo se reducirá a alinear los espejos y calibrar los instrumentos. Esas operaciones son complicadas, pero ya se han realizado antes en los espejos de los telescopios terrestres.

Una razón por la que deben pasar seis meses antes de que puedan comenzar las observaciones científicas es que el telescopio necesita tiempo para enfriarse hasta su temperatura de funcionamiento. Hasta que no pasen unos cuatro meses desde el lanzamiento, los segmentos del espejo primario no estarán lo bastante fríos y alineados para adoptar la forma correcta. Entonces los ingenieros de la misión comenzarán a calibrar los instrumentos.

Secuencia de operaciones que debe llevar a cabo el telescopio James Webb en el mes posterior a su despegue. [Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA]

Y uno de los cuatro instrumentos del telescopio, que operará en longitudes de onda del infrarrojo medio, requiere otro sistema de refrigeración para llegar a −266 grados Celsius, tan solo 7 grados por encima del cero absoluto. Una vez que alcance esa temperatura, el telescopio James Webb debería ser 100 veces más sensible que el Hubble.

Ojos en el infrarrojo

La visión infrarroja de Webb le permitirá remontarse en el tiempo más de 13.500 millones de años, observando estrellas y galaxias remotas cuya luz se ha estirado hasta longitudes de onda infrarrojas debido a la expansión del universo. También podrá adentrarse en regiones cubiertas de polvo, como los lugares donde nacen las estrellas, y explorar las atmósferas de planetas situados más allá del sistema solar. «Está diseñado para responder preguntas relacionadas con todos los campos de la astrofísica», asegura la astrónoma Antonella Nota, científica de la ESA para la misión Webb.

Si todo sale según lo previsto durante los próximos seis meses, los científicos de la misión tendrán una enorme presión para publicar lo antes posible datos e imágenes del telescopio James Webb. Un pequeño comité de astrónomos del Instituto para la Ciencia del Telescopio Espacial (STScI), la institución que se encarga de operar el observatorio, ha elaborado una lista secreta con los objetos que se observarán en primer lugar. Es probable que los resultados iniciales incluyan datos y fotografías espectaculares de planetas, estrellas y galaxias, a fin de demostrar las capacidades del telescopio. Después de eso, comenzará la ciencia de verdad para el resto de astrónomos que aguardan su turno para usarlo.  

Por ahora, solo pueden observar y esperar que el telescopio funcione como pretenden sus diseñadores. «Sé que hemos hecho todo lo posible», concluye Hammel.

Alexandra Witze/Nature News

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con el permiso de Nature Research Group.

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