El telescopio espacial James Webb explicado por quienes lo fabricaron
El Telescopio James Webb explicado por quienes lo fabricaron
La cosecha científica promete ser excepcional. El Telescopio James-Webb, también llamado JWST o «Webb», envía sus primeras imágenes, tras 6 meses de viaje y pruebas de instrumentos científicos , y con un retraso de más de 10 años respecto a las primeras estimaciones… y un coste multiplicado por 10
El Webb permitirá sondear áreas no observadas del cosmos, gracias a su espejo de 6,5 metros de diámetro, el más grande jamás desplegado en el espacio, y a sus cuatro instrumentos de observación en el infrarrojo: NIRCam , NIRISS , NIRSpec y MIRI (“IR ” sonidos provienen del término “infrarrojo”).
Webb, la misión insignia de la NASA y las agencias espaciales europea (ESA) y canadiense (CSA), toma el relevo del Telescopio Espacial Hubble para observar más adentro del Universo. La velocidad de la luz obliga, por lo que parece anterior en la historia a los tiempos en que se formaron las primeras galaxias y las primeras estrellas.
Pero también transmitirá el telescopio espacial infrarrojo Spitzer para sondear las atmósferas de los exoplanetas , las estrellas y los sistemas planetarios en formación , la evolución de las galaxias… En definitiva, todas las áreas de la astrofísica deberían beneficiarse de los datos de Webb.
Somos uno de los más de 1200 científicos de 14 países que han contribuido a su desarrollo. En Francia, participamos principalmente en el desarrollo del instrumento MIRI, el único de los cuatro instrumentos que opera en el llamado dominio infrarrojo “térmico”. Al observar en longitudes de onda entre 5 y 28 micrómetros, es más capaz de observar gas y polvo en objetos mucho más fríos que estrellas como nuestro Sol. Permite, por ejemplo, ver estrellas jóvenes todavía profundamente enterradas en la nube de gas y polvo en la que se forman. MIRI es también el complemento esencial de NIRCam para identificar las primeras galaxias del Universo.
La epopeya del telescopio Webb
Inicialmente, estaba lejos de ser seguro que un instrumento para el infrarrojo térmico fuera parte del conjunto instrumental del JWST (llamado «telescopio espacial de próxima generación» en ese momento). La NASA y la ESA tenían que estar convencidas de la importancia científica y la viabilidad de tal instrumento. Uno de nosotros (Pierre-Olivier Lagage) formaba parte del pequeño grupo de astrofísicos que hicieron campaña en Europa y EE. UU. a favor de un instrumento de este tipo .
Eso fue… a finales de los 90. El lanzamiento del Telescopio Webb estaba previsto entonces para 2007. Pero el lanzamiento del Webb se ha pospuesto muchas veces y la epopeya del instrumento MIRI ilustra bien las razones de estos sucesivos retrasos.
El Webb está ahora en órbita a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, o 4 veces la distancia Tierra-Luna. No es posible ir a repararlo en caso de problema, como se hizo con el Hubble, que orbita «solo» a 570 kilómetros de la Tierra: cuando el Hubble se puso en funcionamiento, la calidad de las imágenes resultó ser deficiente. ser muy decepcionante, pero la instalación por parte de los astronautas de un corrector óptico permitió restaurar la calidad de imagen esperada.
Para el Webb, no teníamos lugar para el error, ¡de ahí la importancia del trabajo de diseño y prueba antes del lanzamiento!
MIRI, un instrumento de última generación para exoplanetas
MIRI consta de dos partes principales: un «generador de imágenes», que le permite tomar fotografías (esta es la parte llamada «MIRIM» , y un espectrómetro, que le permite estudiar la luz recibida según la longitud de onda, y por lo tanto, por ejemplo , para determinar qué elementos químicos están presentes en el objeto observado (esto es el “MRS” ).La actuación de estos instrumentos colocados en el foco del mayor telescopio espacial en funcionamiento es sin precedentes.
En cierto sentido, para el estudio de los exoplanetas , los retrasos en el lanzamiento de Webb han sido beneficiosos. De hecho, este campo se ha disparado en las últimas décadas y actualmente tenemos una gran cantidad de exoplanetas para observar, incluidos los planetas rocosos, que no se conocían en 2007.
Ahora estudiamos mucho los exoplanetas mediante el llamado método de «tránsito»: examinamos las variaciones mínimas en la luminosidad de una estrella distante debido al paso de un exoplaneta que la rodea. Por lo tanto, MIRI ha sido «mejorado» para usar este método de tránsitos. Se trata de leer solo una pequeña parte del detector, para hacerlo muy rápido sin saturar el detector. Básicamente, «desviamos» un poco el propósito principal del Webb, diseñado para observar objetos tenues o muy distantes, para aprovechar su gran sensibilidad.
MIRI también tiene “coronógrafos”. Históricamente utilizados para observar la corona del Sol ocultando el disco demasiado brillante que impide ver los detalles del entorno, los coronógrafos se han adaptado para observar las estrellas y así distinguir los exoplanetas que puedan estar cerca. MIRI lleva un coronógrafo convencional (conocido como «de Lyot») y tres coronógrafos de «máscara de fase» de alto rendimiento , que se están utilizando en el espacio por primera vez.
De la cuna al despegue
Después de varios años de estudios preliminares, fue en 2004 que la contribución francesa al MIRI fue aprobada por el CNES, el CEA y el CNRS.
El modelo de vuelo del generador de imágenes MIRIM se ensambló y probó en CEA Paris-Saclay en 2008 y 2009; Se ha desarrollado especialmente para la ocasión un banco de pruebas que puede reproducir las condiciones de vacío y frío que MIRIM encontrará una vez en el espacio. En 2010, MIRIM se envió al Laboratorio Rutherford Appleton en Inglaterra para acoplarlo con la otra parte de MIRI, el espectrómetro MRS, y luego se probó en una cámara de vacío lo suficientemente grande para el instrumento completo.
En 2012, MIRI fue enviado al Centro Espacial Goddard de la NASA cerca de Washington, donde se combinó con los otros tres instrumentos JWST. Siguieron tres rondas de pruebas criogénicas entre 2012 y 2016.
Los 18 hexágonos del espejo principal del telescopio también se ensamblaron en el Centro Espacial Goddard desde noviembre de 2015 hasta febrero de 2016. Los instrumentos se montaron en la parte posterior del espejo principal del telescopio y el conjunto se envió a Houston en 2017 para ser probado, como prueba. La estación del Centro Espacial Goddard no era lo suficientemente grande para acomodar el telescopio. El equipo de CEA estaba en el sitio para las pruebas cuando golpeó el huracán Harvey. Más miedo que daño ; ¡solo unas pocas noches en el laboratorio sin poder volver al hotel y un automóvil completamente ahogado!
Una vez finalizadas las pruebas, «dejamos caer» al MIRI para su viaje hasta las instalaciones de la empresa Northrop Grumman, en California, donde llegó a principios de 2018. Allí se acoplaron el telescopio al satélite y las grandes pantallas térmicas que evitar que los rayos del Sol, la Tierra y la Luna lleguen al telescopio. Este fue capaz de alcanzar pasivamente una temperatura de unos 45K (-228 ℃), necesaria para no interferir con las observaciones en el infrarrojo.
Finalmente, a fines de septiembre de 2021, el Webb partió de California hacia Kourou, donde llegó después de un viaje en barco de 16 días que lo llevó a través del Canal de Panamá (¡bloqueado unos meses antes!).
Listo para el despegue… y para comenzar las pruebas y observaciones científicas
La aventura espacial comenzó entonces el 22 de diciembre de 2021 con una serie de «pruebas en el cielo» que duró 6 meses. Luego, en julio de 2022, comienza la exploración científica, después de tres décadas de desarrollo.
Una pequeña parte del tiempo de observación está reservada para los astrofísicos que han participado en el desarrollo instrumental. En este contexto, estamos coordinando las observaciones que se dedicarán a exoplanetas, Supernova 1987a y dos regiones «fotodominadas».
La mayor parte del tiempo de observación estará “abierto”: cada año durante los 5 a 10 años de vida útil de Webb, se programan varias llamadas para el uso de Webb. La primera convocatoria tuvo lugar en 2020. Se presentaron más de 1000 solicitudes, en las que participaron más de 4000 astrofísicos de todo el mundo. El número de horas de observación solicitadas es muy superior (4 a 5 veces) al número de horas disponibles y la selección fue realizada por comités de científicos. Es satisfactorio ver que MIRI es el segundo instrumento más solicitado. ¡Hicimos bien en insistir en que «subiera a bordo» del Webb!