Astrónomos como Christine Chen están encantados con el inminente lanzamiento del telescopio espacial James Webb.
El instrumento de $ 10 mil millones, la mitad del tamaño de un avión 737 y repleto de espejos recubiertos de oro, orbitará a 1 millón de millas de la Tierra y observará lugares que la humanidad no ha visto antes. Esto incluye algunos de los primeras estrellas nacidas, las galaxias más distantes y los planetas curiosos del cosmos.
“Es realmente genial”, se maravilló Chen, astrónomo del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, una organización que dirigirá el Telescopio Espacial James Webb, o JWST.
El lanzamiento tan esperado del instrumento está programado para el 18 de diciembre de 2021, aunque en los últimos meses el telescopio ha estado a menudo en las noticias por razones ajenas a sus esfuerzos científicos. La NASA nombró al notable instrumento en honor a James Webb, el líder de la NASA en la década de 1960 que supervisó la agencia durante una época en la que el gobierno federal persiguió y despidió a empleados LGBTQ de la NASA y otros departamentos. Fue un momento vergonzoso en la historia de Estados Unidos llamado “El susto de la lavanda”. Por ahora, la NASA dijo que mantendrá la etiqueta JWST después de no encontrar evidencia sobre Webb que “justifique cambiar el nombre”.
JWST, originalmente apodado el “Telescopio espacial de próxima generación” en la década de 1990, se unirá al legendario telescopio espacial Hubble para capturar vistas claras del universo desde el espacio. Hubble es un tesoro científico. Durante las tres décadas que ha estado en órbita a 340 millas sobre la Tierra, el Hubble ha proporcionado vistas brillantes y sin precedentes del cosmos, las galaxias y los planetas. Sin embargo, JWST no reemplaza al antiguo Hubble. JWST es un sucesor, con habilidades diferentes y avanzadas.
Esto es lo que JWST y, en última instancia, usted, verá que Hubble no puede.
El telescopio espacial James Webb a la izquierda y el telescopio espacial Hubble a la derecha.
Crédito: NASA / GSFC
Viendo el profundo, profundo pasado
Los telescopios con espejos más grandes pueden ver objetos más tenues. Eso es porque los espejos más grandes capturan más luz. Imagina partículas de luz como pelotas de ping pong y los espejos de un telescopio como un balde. El espejo de Hubble tiene alrededor de dos metros y medio de diámetro, mientras que el espejo de JWST es mucho más grande, con más de 21 pies de diámetro.
“Vas a recolectar más pelotas de ping pong”, explicó Jean Creighton, astrónomo y director del Planetario Manfred Olson de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee.
Capturar más luz es fundamental para observar las primeras estrellas y galaxias que se formaron en el universo, hace más de 13 mil millones de años. El universo se expande incesantemente, lo que significa que ha crecido o estirado constantemente desde su violento inicio (el “Big Bang”), por lo que la luz de estas partes antiguas del cosmos está muy, muy, muy lejos (miles de millones de años luz). La luz más lejana dejó las estrellas hace miles de millones de años, por lo que observar esta luz es como mirar hacia el pasado profundo y profundo.
“Estamos mirando hacia atrás en el tiempo”, dijo Chen. (Incluso cuando miramos nuestra propia estrella, con protección, también estamos mirando hacia el pasado; la luz solar tarda más de ocho minutos en llegar a la Tierra).
“Estamos mirando atrás en el tiempo”.
Y veremos cosas sin precedentes.
“Vamos a ver las primeras estrellas y galaxias que se hayan formado”, dijo Creighton. “No hemos podido hacer esto con Hubble”.
La comparación de tamaño entre el espejo de JWST y el espejo de Hubble.
Crédito: NASA
El Hubble puede ver una luz tenue que tiene aproximadamente mil millones de años. Si todo sale según lo planeado, JWST verá una luz que tiene casi 13.700 millones de años, cuando las primeras estrellas y planetas comenzaron a formarse.
Levantando el velo
El Hubble ve en gran medida la luz que los humanos pueden ver (también conocida como “luz visible”). Pero hay muchos tipos de luz que nuestros ojos no puedo ver. JWST está especializado en observar uno de estos, llamado “infrarrojo”, que permite a los astrónomos ver muchas más estrellas y planetas.
¿Cómo es eso?
El universo está lleno de espesas nubes de polvo y gas parecidas al humo. “Eso oscurece las cosas”, explicó Jason Steffen, profesor asistente de física en la Universidad de Nevada, Las Vegas, que investiga planetas fuera de nuestro sistema solar (también conocidos como exoplanetas).
“Se levanta el velo”.
Pero la luz infrarroja puede deslizarse a través de espesas nubes de polvo. El infrarrojo tiene longitudes de onda más largas que la luz visible, por lo que las ondas de luz no se dispersan tanto (y oscurecen) por las partículas del universo. Las longitudes de onda más largas, cuyos picos y valles están muy separados, tienen menos probabilidades de colisionar con partículas en el espacio.
La siguiente comparación de imágenes, tomada por Hubble, muestra cómo la luz infrarroja se desliza a través del polvo cósmico. Esa es la Nebulosa Carina, una deslumbrante nube de polvo y gas. La vista infrarroja del Hubble revela las muchas estrellas escondidas detrás del polvo.
“Se levanta el velo”, dijo Creighton.
La Nebulosa Carina vista en luz visible (izquierda) e infrarroja (derecha).
Crédito: ASA / ESA / M. Livio / Equipo del 20 aniversario de Hubble (STScI)
Diferentes longitudes de onda de luz, incluidas las ondas de luz visible e infrarroja.
Crédito: NASA
Es más, ver galaxias y estrellas extremadamente distantes se hace mucho más fácil (o en ocasiones posible) al verlas en luz infrarroja. Como se describió anteriormente, el universo se expande constantemente y la luz que viaja a través del cosmos también se extiende. “Si estás mirando una galaxia distante, esa luz se ha extendido”, explicó Steffen. Las longitudes de onda de la luz se vuelven más largas.
Eso es un problema. “Esto puede hacer que los objetos distantes sean muy tenues (o invisibles) en longitudes de onda de luz visibles, porque esa luz nos llega como luz infrarroja”, escribe la NASA. Pero las vistas infrarrojas de JWST hacen visible lo invisible.
Super-Tierras
Hay pocas cosas en el universo más fascinantes que los exoplanetas. Por qué, algunos de estos planetas conocidos, como las “super-Tierras” de dos a diez veces el tamaño de nuestro planeta, pueden contener entornos rocosos habitables o incluso agua. JWST pasará una cantidad significativa de tiempo viendo exoplanetas en otros sistemas estelares. (Para JWST, estos planetas aparecerán como puntos, no como planetas grandiosos y coloridos).
La NASA ya ha confirmado el hallazgo de más de 4.500 exoplanetas en el universo. Pero con la capacidad de JWST para mirar a través de las nubes de polvo, el astrónomo Chen espera encontrar mucho más.
Un gráfico que muestra la Tierra en contraste con una concepción de la “super-Tierra” 55 Cancri e.
Crédito: NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC)
Fundamentalmente, JWST no se limitará a descubrir la existencia de exoplanetas. Analizará sus atmósferas. El telescopio lleva un instrumento llamado espectrómetro que puede revelar de qué están compuestas las partículas, en función de cómo reacciona la luz con ellas. (La luz que pasa a través del vapor de agua o del oxígeno, por ejemplo, se comporta de ciertas formas bien conocidas).
Incluso una imagen de espectrógrafo relativamente poco emocionante puede ser considerablemente más útil para los astrónomos que una imagen brillante. “Hay mucha información”, explicó Creighton, “da mucha más información que la imagen bonita”.
De particular interés para los científicos son los siete planetas rocosos conocidos que orbitan alrededor de la estrella TRAPPIST-1, a unos 40 años luz (235 billones de millas) de la Tierra. Quizás JWST descubra un planeta rocoso que tiene indicios de vida potencial en su atmósfera, como el oxígeno que las algas y las plantas respiran en nuestro aire.
Sin embargo, antes de que comience esta ciencia cósmica, JWST tiene un gran, si no desalentador, viaje por delante.
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Después de un emocionante lanzamiento (la carga robótica es inusualmente preciosa), JWST debe hacer el viaje de 1 millón de millas a través del espacio. Sus espejos hexagonales apretados deben desplegarse correctamente, y su parasol del tamaño de una cancha de tenis debe desplegarse según lo planeado. Y a diferencia del Hubble, los astronautas no pueden lanzarse al espacio y solucionar cualquier problema potencial con el telescopio extremadamente distante.
El lanzamiento ocupa un lugar preponderante en el mundo astronómico. “Todos están cruzando los dedos”, dijo Steffen.
