El mayor telescopio del mundo, James Webb, observará el origen del universo

Lorena Nieves Seoane, Universidad Internacional de Valencia

Empieza la cuenta atrás para el lanzamiento del telescopio James Webb. El 24 de diciembre, si no hay nuevos aplazamientos, se elevará a los cielos el mayor telescopio espacial creado por la humanidad. Situado a un millón y medio de kilómetros de nuestro planeta (¡cuatro veces la distancia a la Luna!), promete observar el origen de las primeras estrellas y las primeras galaxias que se formaron en el universo. En su diseño destacan los instrumentos para captar la luz infrarroja del cosmos, invisible al ojo humano.

El telescopio espacial James Webb (en inglés James Webb Space Telescope (JWST), un proyecto conjunto de la NASA y las agencias espaciales europea (ESA) y canadiense (CSA), desvelará un universo para el que ahora estamos ciegos.

Los telescopios que agrandan el cosmos

En los años 20 del siglo pasado, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble revolucionó la astronomía demostrando que el cosmos era mucho más grande de lo que en aquel momento se pensaba.

Utilizando el telescopio del Monte Wilson, en aquel momento uno de los más avanzados del mundo, y con el desarrollo de nuevas teorías científicas, se abrió la ventana de la astronomía extragaláctica. Desde entonces, el tándem tecnología-desarrollo científico ha permitido romper barreras en el conocimiento de nuestro entorno, y el James Webb Space Telescope es el recién nacido de una evolución tecnológica imparable.

¿Por qué enviamos telescopios al espacio?

La atmósfera terrestre es una barrera natural que impide que cierta radiación con información muy valiosa llegue a la superficie terrestre. Para evitar su filtro, hay que enviar observatorios al espacio. El lanzamiento del Telescopio Espacial Hubble el 24 de abril de 1990 fue el punto de partida del programa Grandes Observatorios, impulsado por las agencias espaciales americana (NASA) y Europea (ESA).

Después del Hubble, se enviaron al espacio tres grandes instrumentos más: el observatorio de rayos Gamma Compton (en órbita en 1991), el Observatorio de rayos X Chandra (enviado en 1999) y el observatorio espacial infrarrojo Spitzer, lanzado en 2003.

Con Hubble se descubrieron miles de galaxias, se confirmó la existencia de agujeros negros en núcleos galácticos y sus observaciones fueron fuente de numerosas teorías que se esperan resolver con el JWST.

Spitzer fue fundamental para el descubrimiento de los 7 planetas que orbitan alrededor de la estrella TRAPPIST-1. Tres de estos exoplanetas se encuentran en una zona en relación a su estrella donde podría darse agua en estado líquido.

El observatorio espacial de rayos-X Chandra observó la supernova más grande de la que se tiene constancia, la explosión de una estrella de las más grandes que pueden existir, con un tamaño 150 veces superior al de nuestro Sol.

Un espejo de berilio y oro

La siguiente generación de observatorios espaciales la lidera el telescopio espacial James Webb (JWST). La comunidad científica aguarda con impaciencia el lanzamiento de este prometedor instrumento. Está considerada la gran misión en la astronomía de este siglo, y se espera que la ciencia que se haga con los datos que aporte JWST genere un impacto mayor que el que ha supuesto el telescopio Hubble.

La pieza central del observatorio JWST es un telescopio reflector. El telescopio recoge la luz con un sistema de espejos hexagonales que, combinados, forman un colector de 6,5 metros de diámetro. Este tamaño es significativamente mayor que el espejo del Hubble, cuyo diámetro es de 2,4 metros.

Para poder meter ese inmenso espejo en un cohete que lo lleve al espacio, hay que enviarlo plegado (de ahí su geometría) y, una vez llegue a su órbita, los espejos hexagonales se desplegarán para formar la configuración final. Este diseño está preparado para reducir posibles aberraciones esféricas, incluso posee un sistema móvil para estabilizar las imágenes y obtener una extraordinaria nitidez. El JWT esta diseñado para colectar la luz de objetos hasta 100 veces más tenues de lo que es capaz de detectar el Hubble.

Uno de los aspectos más innovadores de la construcción de este observatorio es el uso de materiales que optimizan el rendimiento de cada uno de sus componentes. Para el espejo principal se ha utilizado berilio, un material extremadamente ligero que resiste las temperaturas extremas y la corrosión del espacio exterior. Además, cuenta con un recubrimiento de oro que permitirá recoger la luz infrarroja de manera óptima, que es uno de los objetivos científicos para el que fue creado el JWST.

El telescopio que orbitará el Sol

El lugar seleccionado para poner en órbita el JWT se denomina punto de Lagrange 2 o, simplemente, L2, y está situado a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. Este punto tiene la peculiaridad de tener un periodo orbital igual al de la Tierra, es decir, girará de manera solidaria a la Tierra alrededor del Sol (formalmente el JWST estará girando alrededor del Sol).

Además, este punto está lo suficientemente lejos como para que el parasol diseñado para proteger el instrumento de la radiación del Sol, la Tierra y la Luna cumpla su función durante toda la misión. Esto es fundamental para las observaciones en el infrarrojo.

El parasol tendrá que soportar una diferencia de temperatura de 85 ℃ (en la parte en la que brilla el Sol) a -233 ℃ en la cara oscura. Esta temperatura es necesaria para conseguir detectar la luz de las galaxias más lejanas del universo.

JWST tardará en completar el trayecto desde la Tierra hasta su destino en L2 aproximadamente un mes. Comenzarán entonces las fases de calibrado y puesta a punto del observatorio. Cinco meses después del lanzamiento se espera obtener la “primera luz” (así se denomina en astronomía la primera imagen colectada por un telescopio) del JTSW.

La primera luz del universo

Uno de los principales objetivos científicos del JWST es la observación de las primeras estrellas que existían en el universo temprano, desvelar cómo se formaron las primeras galaxias en el universo tras el Big Bang y cómo han evolucionado hasta hoy. La luz de un objeto se observa más roja cuanto más lejos se encuentre de la Tierra. Esto implica que, si una galaxia está lo suficientemente lejos, y viajar al Big Bang es viajar extremadamente lejos, puede ser que su luz únicamente se detecte en el infrarrojo, y para poder recoger estas primeras señales del universo JWST está especialmente equipado.

En la rama de exoplanetas, se espera detectar por observación directa varios sistemas planetarios en otras estrellas. La sensibilidad del JWST permitirá medir la luz que reflejan las atmósferas planetarias de exoplanetas gigantes gaseosos y estudiar su composición química. Gracias a la información obtenida podrían detectarse biomarcadores, componentes químicos cuya presencia en la atmósfera se puede explicar por la existencia de vida.

JWST explorará objetos del sistema solar, los gigantes Júpiter y Saturno, sus satélites y cuerpos celestes en la parte más exterior. La capacidad del JWST permitirá ver estos objetos como nunca antes se han visto y estudiar mejor sus componentes. Estos estudios serán de gran relevancia para explicar en profundidad cómo se formó el sistema solar.

Estamos a punto de presenciar la puesta en marcha de uno de los instrumentos más esperados de las últimas décadas. El impacto de los resultados que obtendremos con el JWST podemos compararlo con el descubrimiento del Bosson de Higgs en el colisionador de hadrones del CERN (LHC) o la llegada de Perseverance a Marte. La cuenta atrás está en marcha, veremos qué nuevos y emocionantes mundos nos permitirá descubrir este surcador de cielos.

Lorena Nieves Seoane, Doctorada en Física, Astronomía y Astrofísica. Directora del Grado en Matemáticas, Universidad Internacional de Valencia

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.