Macarena García (ESA): “El James Webb es el telescopio espacial más sensible y potente que hemos lanzado nunca”

El próximo miércoles 22 de diciembre se lanza desde el puerto espacial europeo en Kourou (Guyana Francesa) el telescopio espacial infrarrojo James Webb (JWST), después de varios años plagados de retrasos, rediseños e incluso amenazas de cancelación de fondos.

El observatorio espacial más caro y sensible de la historia espacial se ha construido gracias a un consorcio internacional en el que participan la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense. Permitirá a la comunidad científica ver más lejos que nunca en el cosmos, para observar el nacimiento de las primeras galaxias en el universo primitivo, ser testigos de la formación de estrellas a través de nubes de polvo y buscar indicios de vida en la atmósfera de planetas extrasolares, entre otras muchas cosas.

La española de origen canario Macarena García Marín, astrofísica de formación, se encarga de la calibración de MIRI, uno de los instrumentos científicos que lleva el James Webb. Atiende a SINC desde Baltimore, donde reside como parte de la delegación que la ESA ha enviado a Estados Unidos para seguir de cerca los progresos hechos en el observatorio espacial.

Parece que al fin el momento del lanzamiento ha llegado, después de tantos retrasos…

Por fin, por fin, el 22 de diciembre… Ha habido retrasos, pero ya estamos aquí.

Se había anunciado el lanzamiento el 18 de diciembre pero luego se retrasó al 22 ¿Qué paso exactamente?

El telescopio está ahora en Kourou, en la Guayana Francesa, en el Puerto Espacial Europeo. Estaba puesto en una plataforma sujeto vertical con una serie de abrazaderas, y una de ellas se rompió y provocó un movimiento, no muy brusco, que envió una vibración a lo largo del observatorio. Los cuatro días fueron para testear todos los sistemas y asegurarse de que todo era nominal, toda la telemetría estaba bien. Por suerte todo ha salido muy bien, así que… cuatro días de retraso, pero estamos preparados.

¿Por qué un telescopio infrarrojo? ¿Hay algún misterio astronómico que se espere resolver en esta longitud de onda?

Yo creo que en general siempre tendemos a pensar en telescopios ópticos. Telescopios como el Hubble, que han dado todas esas imágenes de galaxias muy antiguas y tal. Pero la limitación del óptico es que, por ejemplo, no puedes ver detrás del polvo.

Siempre ves esas nubes de polvo que están iluminadas, pero detrás de ellas hay estrellas en formación, discos protoplanetarios donde se forman planetas… Hay mucha actividad que no se puede ver en el óptico. Una de las primeras ventajas es que con el infrarrojo puedes observar detrás del polvo porque la radiación infrarroja calienta el polvo y este lo remite, y entonces básicamente se vuelve transparente.

A la izquierda, los `Pilares de la Creación´ en luz visible, y a la derecha, en infrarrojo. Nótese la cantidad de estrellas que se ven en el infrarrojo. / NASA / ESA.

Otra ventaja es que puedes observar objetos más fríos, por ejemplo, planetas, y también los muy lejanos. Con Webb, en el infrarrojo vamos a poder observar las primeras galaxias, más o menos hace 13.500 millones de años. El Hubble llegó hasta unos 12.500 millones de años… El Webb va a ir mucho más atrás, en una época del universo en la que las primeras galaxias y estrellas se estaban formando, y que nunca hemos visto anteriormente. O sea, que vamos a explorar, digamos, territorio desconocido.

Pero se sabe que está ahí, ¿No?

Sí, sí… Tiene que estar ahí. Hemos observado cosas ‘antes’, como por ejemplo la radiación de fondo de microondas, con misiones como COBE… También cosas después, pero nunca hemos observado, digamos, ese momento del universo.

El JWST va a poder analizar atmósferas de exoplanetas y buscar biofirmas ¿Cómo lo va a hacer?

La técnica más potente para estudiar atmósferas planetarias va a ser espectroscopía. Básicamente tienes una estrella, un planeta que gira alrededor de la estrella, entonces lo que haces es observar el tránsito del planeta, con lo cual obtienes datos espectrales, es decir, la luz se dispersa como un arcoíris y tienes la información en detalle de todas las biosignaturas o, digamos, las huellas dactilares del planeta.

Primero mides la estrella con el planeta delante, con lo cual tienes una combinación, y luego la estrella sola, y de esa manera aislar lo que es el planeta. Los tránsitos planetarios suelen ser observaciones muy largas porque quieres sumar todo lo que es el tránsito del planeta por delante de la estrella y por detrás. Son muchas horas de observación muy muy precisas. Esa es una de las herramientas más potentes.

Todos los instrumentos van a estar observando exoplanetas. En el caso de MIRI, que es instrumento para el que trabajo, va a observar exoplanetas sobre todo con la denominada espectroscopía sin rendija, que utiliza un prisma para dispersar la luz.

Llaman al James Webb el “sucesor del Hubble” pero en realidad es distinto, ¿Viene a sustituirlo, o a complementarlo?

Viene a complementarlo. No lo puede sustituir porque, como bien dices, es diferente. El Hubble observaba sobre todo el visible, un poquito de ultravioleta, y un poquito de infrarrojo, pero Webb es todo infrarrojo, de 0,5 micras a 28 micras. También es más grande. Es el telescopio espacial más sensible y más potente que hemos lanzado nunca.

Webb va a detectar objetos mucho más débiles, mucho más atrás en el tiempo, y observarlos con mucha mejor resolución espacial y mejor detalle. Va a complementar al Hubble, pero llevándolo todo mucho más allá

 

 

 

Webb va a detectar objetos mucho más débiles, mucho más atrás en el tiempo, y observarlos con mucha mejor resolución espacial y mejor detalle. Va a complementar al Hubble, pero llevándolo todo mucho más allá, muchos pasos más adelante, que es lo que quieres cuando lanzas algo nuevo, claro.

Digamos que es como evolucionar de cámara en el smartphone. Antes tenías una cámara que hacía fotos de “x” calidad…

Y ahora tienes los que tienen las tres cámaras que te hacen estas panorámicas chulísimas, sí.

El Hubble ha sido reparado y actualizado a lo largo de los años. El Webb, por sus características, es tremendamente sensible. Si algo falla, ¿se podrán hacer reparaciones en el JWST?

No, y hay un motivo fundamental: el Hubble no eran solo reparaciones, si no también cambiar instrumentos. Quitaban uno viejo y ponían otro instrumento nuevo, de nueva generación. El Webb nunca se desarrolló con el concepto de repararlo o cambiar nada porque va a estar muy lejos, a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, con lo cual mandar astronautas a esa distancia es algo que en este momento no es posible.

El JWST ensamblado, con parte del espajo plegado. Nótese el tamaño del telescopio en comparación con el técnico situado en la grúa. / NASA / Chris Gunn

Quizá en el futuro, dentro de años se podrá diseñar algo con el concepto de que sea intercambiable. Hay ideas de misiones robóticas que puedan ir a reparar cosas o intercambiar instrumentos, pero Webb no va a ser el caso, pienso yo.

La mayor parte de los telescopios infrarrojos, como ISO, Herschel o Spitzer no han durado operativos más que 4 o 5 años. ¿Ese es el tiempo que estará también activo el James Webb, o algo más?

Sobre el papel, el requerimiento de la misión es que dure cinco años, pero pensamos que va a durar diez como mínimo, y ojalá que muchos años más. Creo que una gran diferencia es que Webb no depende de un enfriamiento activo, porque una de las cosas de los telescopios infrarrojos es que necesitan estar fríos, ya que son muy sensibles a la temperatura.

Quieres medir cosas muy frías, entonces el telescopio en sí, y los instrumentos tienen que estar fríos. Y si el hecho de estar frío depende de un depósito enorme que tiene un gas criogénico, pues cuando ese gas se gasta, se calienta.

Sobre el papel, el requerimiento de la misión es que dure cinco años, pero pensamos que va a durar diez como mínimo, y ojalá muchos años más

 

 

 

El James Webb tiene un parasol, que es del tamaño de una pista de tenis, que produce un enfriamiento pasivo, y los instrumentos del infrarrojo cercano, que son NIRcam, NIRspec y NIRISS se enfrían solo con el parasol. En el caso de MIRI, como observa en el infrarrojo medio, tiene que estar más frío aún, por lo que tenemos un sistema criogénico que es un circuito cerrado, como una nevera de casa. Tiene un gas dentro, pero no necesita que se le alimente más. Puede estar frío durante muchísimos años.

Lo que va a limitar la vida es el combustible para permanecer en órbita. El James Webb lo hará alrededor del punto de Lagrange 2, que es una órbita semiestable. Es un sitio muy bueno para poner un telescopio, pero necesita hacer pequeñas correcciones, y tiene combustible para ello. Cuando este se gaste, y ya no seamos capaces de corregirlo, entonces poco a poco se saldrá de la órbita y se perderá.

Qué mal hablar del final antes del principio…

[Ríe] De hecho es un requerimiento de la misión: desalojar la órbita cuando haya terminado.

Para que lleguen otros telescopios ¿no?

Exacto, para que puedas poner más.

De los cuatro instrumentos del JWST has dicho que tres operan en el infrarrojo cercano, y MIRI —en el que trabajas— en el infrarrojo medio. ¿Cuál es la diferencia, qué aportan cada uno?

Uno se llama FGS (Fine Guidance Sensor) NIRISS. La parte de NIRISS es un instrumento científico que tiene una cámara, espectroscopía sin rendija y también un modo de observación muy interesante que es interferometría. Dispone de una máscara que bloquea varios de los segmentos de los espejos, por lo que puedes hacer observaciones interferométricas y tener mucha resolución espacial. Respecto a FGS, es el sistema de guiado cartográfico que nos dice dónde estamos en el cielo y cuenta con una serie de mapas para guiarnos.

Otro instrumento del infrarrojo cercano muy importante es NIRCam, que es una cámara doble. Es el caballo de batalla para que todos los segmentos del espejo trabajen en fase, o sea, en vez de ver 18 puntitos [por los 18 espejos hexagonales del telescopio] al mirar una estrella, quieres ver solo uno, y que sea perfecto. NIRCam es el instrumento primario para hacer eso, y es doble por si acaso le pasa algo a alguna de las cámaras, la otra funciona. También tiene la ventaja de que para hacer ciencia puedes usar las dos cámaras. 

Además de las cámaras, también tiene espectroscopía sin rendija y coronografía, que consiste en simular un eclipse: bloqueas la fuente de luz, como una estrella –o también el centro de una galaxia–, y así ver los planetas alrededor. 

En el lado ‘caliente’, el ordenador de a bordo, el panel solar y los giroscopios. En el lado ‘frio’, los instrumentos científicos. / NASA / STScI

Luego está el tercero del infrarrojo cercano, que es un instrumento europeo, NIRspec, que hace solo espectroscopía. Uno de los dispositivos más chulos que tiene es un Micro Shutter Array, que es una matriz de un cuarto de millón de ventanitas muy pequeñas, que se pueden abrir y cerrar para observar muchos objetos al mismo tiempo. Puedes registrar 100 o más, con lo cual es bastante potente en ese sentido.

Y luego MIRI, es el único instrumento del infrarrojo medio. Es como tres instrumentos en uno: tiene imagen, coronografía y dos tipos de espectroscopía.

Una vez el JWST esté en el espacio, ¿Qué ocurre con los equipos y las personas que se han encargado del diseño e implementación de la instrumentación? ¿Seguís adscritos a la misión?

Después del lanzamiento sí, porque los siguientes seis meses son de mucho trabajo. El primer mes es el viaje al punto de Lagrange 2, y durante ese trayecto se hace todo el despliegue del telescopio, del parasol, los espejos… NASA sacó hace varias semanas un video en YouTube que se llama “29 días al borde del abismo”. ¿Lo has visto?

Sí, con todo el proceso de llegada y cómo se despliega…

Claro, todos los equipos que se han encargado del diseño están muy involucrados en esta fase. Los instrumentos hay que encenderlos, y asegurarse de que funcionan bien etc. etc. Entonces, los primeros seis meses todo el mundo está muy involucrado y muy metido. Después de ese medio año ya se pasa a la fase de operaciones científicas.

En ese momento, mucha gente que ha formado parte del equipo de diseño e implementación pasan a otras misiones. Y luego, gente como yo seguiremos involucradas en todo lo que es el procesado de datos, la calibración y el apoyo a los científicos que están utilizando los instrumentos.

¿Cuál es la participación de la ESA en este proyecto, tanto al presupuesto global, como desde punto de vista científico y tecnológico? ¿Se espera obtener para Europa réditos científico-tecnológicos de la colaboración?

El presupuesto global han sido 10.000 millones de dólares aproximadamente. No sé cual es exactamente la proporción de cada una de las agencias, pero lo que si te puedo decir es que la ESA contribuye con el instrumento NIRspec, el 50 % de MIRI (la parte óptica, todo lo que son la rueda de filtros, el espectrógrafo…), con todo el sistema de lanzamiento (el cohete Ariane 5, las reparaciones de tierra y lo que estamos haciendo ahora, básicamente) y también con personal.

Ya está aprobado todo lo que es el primer año de observaciones, ya están diseñadas y los programas revisados

 

 

 

Hay un compromiso entre la ESA y NASA de tener unas 15 personas desplazadas a Baltimore, que es por lo que yo estoy aquí, para ayudar con todo lo que es el desarrollo de prelanzamiento de operaciones, commissioning, que son esos seis meses posteriores al lanzamiento, y luego con todas las operaciones científicas normales.

Después lo que garantizamos es que la comunidad científica europea reciba un 15 % de tiempo del observatorio como mínimo. De hecho en la primera tanda de propuestas creo que la comunidad científica consiguió más de eso, pero el 15 % está garantizado.

O sea que ya están aprobadas propuestas de observación…

Sí, sí. Ya está aprobado todo lo que es el primer año de observaciones, ya están diseñadas, los programas revisados… Aunque luego puede haber pequeños cambios, claro. Puedes pensar que un instrumento va a poder detectar galaxias así de débiles, o que va a ser así de sensible, y luego descubres que lo es aún más. Entonces estas pequeñas modificaciones se incorporarán a los seis meses antes de ejecutar las observaciones.

Hablando de futuro, y aunque todavía no se haya lanzado este, ¿ya hay planes para enviar al espacio un telescopio aún más potente que el JWST?

El Luvoir. Operará en el ultravioleta, aunque también parte en el óptico, y va a ser más grande que el Webb. No sé si se habrán cerrado los detalles de su diseño, pero un poco aprovechará las tecnologías que se han utilizado en Webb (segmentado, parasol, despliegues…). Todas estas misiones llevan muchísimos años, desde que empiezas a discutirlas hasta que se hacen realidad.

Por ejemplo, con Webb, las primeras discusiones fueron antes de que se lanzara el Hubble, lo que supone 25 o 30 años. Con el Luvoir esperemos que no sea tanto y que se pueda utilizar todo el conocimiento desarrollado en el Webb. Pero si, va a ser más grande, más potente y bastante impresionante, la verdad.