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por Emilio Silvera ~
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Las galaxias más antiguas del Universo
Los telescopios espaciales son como máquinas del tiempo: cuando uno capta una imagen de una galaxia lejana, lo hace a sabiendas de que esa foto es ya muy vieja cuando la vemos. Y pronto tendremos la máquina del tiempo más especial y espectacular de la historia: el telescopio espacial James Webb.
Se espera que el telescopio —un proyecto conjunto de la NASA y las agencias espaciales europea (ESA) y canadiense (CSA)— se lance por fin al espacio el próximo 22 de diciembre de 2021. Tardará unos meses en comenzar a operar como está previsto, pero cuando lo haga nos ofrecerá imágenes alucinantes y permitirá hacer un viaje en el tiempo increíble: no en vano es 100 veces más potente que el legendario Hubble.
Unos comienzos difíciles
El telescopio espacial Hubble se lanzó en 1990 y tres más de tres décadas en funcionamiento está ya sufriendo de achaques importantes. El último lo tuvo fuera de servicio unos días pero finalmente la NASA logró solucionar el problema técnico y puede que este ya viejo explorador del espacio pueda aún dar guerra durante un tiempo.
Lo cierto es que el plan para sustituirlo comenzó muy pronto. Todo comenzó en 1996 con el plan llamado Next Generation Space Telescope (NGST), que en 2002 acabó cambiando de nombre para adoptar el del segundo máximo responsable de la NASA, James E. Webb, que dirigió la agencia desde 1961 hasta 1968.
El proyecto, liderado por la NASA pero con la participación de la ESA y la CSA, tuvo un recorrido errático que además de estar plagado de retrasos también vio cómo el presupuesto iba creciendo de forma notable con frecuencia.
De hecho la estimación inicial del coste era de 1.600 millones de dólares y se estimaba que se lanzaría en 2007. Finalmente el presupuesto ha ascendido a 9.700 millones de dólares, y su lanzamiento —que ya está a punto de caramelo— se ha visto retrasado hasta este 22 de diciembre de 2021, lo que suponen 14 años desde aquella fecha inicial que se había planteado.
El Telescopio Espacial James West es diferente (y mucho mejor) que el Hubble
Hay diferencias importantes entre el Hubble y el James Webb. En primer lugar está la de la distancia a la que operarán: mientras que el Hubble está situado a un baja órbita terrestre (en su apogeo, 540,9 km de distancia con nuestro planeta), el James Webb estará mucho más lejos. Muchísimo más.
De hecho a pesar de que el Hubble lleva tres décadas logrando capturar imágenes asombrosas de nuestro universo, su operativa estaba limitada por la luminiscencia y el ligero halo de la atmósfera terrestre.
El telescopio espacial James Webb pasará aproximadamente un mes viajando hasta el llamado segundo punto de Lagrange (L2), que está aproximadamente a 1,5 millones de kilómetros de la tierra. Durante ese viaje el James Webb irá desplegándose, irá reduciendo su temperatura operativa y sus sistemas coomenzarán a ser evaluados de forma previa a iniciar sus funciones.
Eso le permitirá al James Webb tener una perspectiva única de nuestro universo. Una “sin distracciones” con la que podrá tomar imágenes aún más impactantes, pero esa ventaja tiene un contrapunto: la distancia a la que está el Hubble permite repararlo en caso de problemas. Con el James Webb esa ocpión está descartada, y es necesario que todo funcione a la perfección desde el primer momento. No tendrá segundas oportunidades.
Otra de las claves del telescopio espacial James Webb estará en su espejo principal, el llamado Optical Telescope Element, que consta de 18 segmentos hexagonales fabricados con berilio recubierto por una película de 48,25 gramos de oro. Esos segmentos combinados forman un espejo gigante de 6,5 m de diámetro, frente a los 2,4 del espejo principal del Hubble.
El James Webb contará además con un escudo solar de Kapton revestido de silicio y aluminio, lo que permitirá mantener la temperatura operativa por debajo de los 50 grados Kelvin (-223,15 ºC) a pesar de su exposición a la radiación solar.
¿Qué se logra con algo así en la práctica? Para explicarlo es útil tomar como referencia la célebre imagen ‘Deep Field’ que el Hubble tomó en 1995 y que recogió tanta luz como fue posible de un diminuto pedazo de cielo. Aquella imagen permitió descubrir miles de galaxias, lo que a su vez permitió que se refinara el número de galaxias que se piensa que existen en nuestro universo.
Aquella foto era un espectacular viaje en el tiempo, y las galaxias aparecían tal y como eran hace miles de millones de años. Pues bien, con el James Webb esa capacidad irá mucho más allá. Esa imagen del Hubble podrá tomarse de forma que todo sea más brillante y más detallado. Básicamente podremos viajar aún más atrás en el tiempo.
De hecho con el Webb esperan poder ver las primeras estrellas y galaxias que se formaron tras el Big Bang. El Hubble ha logrado captar luz de estrellas que se formaron 400 millones de años tras el Big Bang, y esa imagen ha tardado 13.300 millones de años en llegar a nosotros.
Con el James Webb se podrán ver estrellas formadas 250 millones de años después del Big Bang. No parece mucho, pero en realidad es la diferencia entre ver las primeras estrellas que realmente comenzaron a brillar frente a verlas ya apagándose.
Ni siquiera con el telescopio más potente del mundo sería posible ver mucho más atrás: tras el Big Bang el universo estuvo cubierto de una niebla de gras primigenio que lo oscurecía todo: a aquello se la llama la era oscura cósmica y de hecho uno de los grandes retos de la cosmología es cómo el universo se expandió tan rápido durante aquellos primeros instantes.
Que viva la luz infrarroja
Otra de las claves del funcionamiento del James Webb será el tipo de luz que capta. Mientras que el ojo humano solo es capaz de captar un pequeño rango del espectro que llamamos ‘luz visible’, el universo contiene muchos otros rangos.
Entre ellos están aquellos de rangos de alta frecuencia y alta energía como los rayos gamma, los ultravioletas o los rayos-X. En el otro lado del espectro está la luz de baja energía con longitudes de onda mucho más amplias: la luz infrarroja, las microondas o las ondas de radio.
Mientras que el Hubble captura luz visible, ultravioleta y algo de luz infrarroja, el telescopio James Webb estará centrado en la luz infrarroja, y ese será el secreto para lograr que este telescopio espacial pueda viajar aún más atrás en el tiempo.
La luz infrarroja es a menudo “luz muy vieja” debido a un fenómeno llamado corrimiento al rojo, que ocurre cuando la radiación electromagnética se desplaza hacia el rojo al final del espectro electromagnético.
Dado que el universo está en expansión, los cuerpos más lejanos de nosotros siguen alejándonos, y la luz que viaja a través del espacio de esas galaxias lejanas literalmente se estira por la expansión del espacio. Que el James Webb capte luz infrarroja precisamente permite que capte la luz emitida por esos cuerpos que se han alejado muchísimo de nosotros.
Hay otra ventaja de trabajar con la luz infrarroja: es también estupenda para descubrir nuevos exoplanetas. La luz visible no es buena aliada para esto, y de hecho si queremos descubrir otros planetas similares a la Tierra en otros sistemas solares, es ideal elegir este espectro, que es también en el que emite nuestro planeta visto desde gran distancia.
Con el telescopio espacial James Webb será también posible determinar compuestos químicos de las atmósferas de esos exoplanetas. Por ejemplo, será posible detectar agua, dióxido de carbono o metano, y aunque su existencia no es la prueba definitiva de vida, permitirá plantear debates interesantes sobre esa posibilidad.
Cuándo veremos las primeras imágenes del James Webb
El lanzamiento del telescopio espacial James Webb está programado para el próximo 22 de diciembre de 2021 a las 13:20 de la tarde, hora local en España peninsular.
El lanzamiento se realizará en un cohete Ariane 5 —parte de la contribución europea a la misión— que despegará desde el Puerto Espacial Europeo situado cerca de Kourou, en la Guayana Francesa.
Como explican en la FAQ de la NASA, tardaremos algún tiempo en ver las primeras imágenes captadas por este telescopio. De hecho tocará esperar aproximadamente un mes para que el James Webb, habiendo ya dejado muy atrás al cohete Ariane, alcance su órbita en L2.
Durante ese tiempo el James Web se habrá ido desplegando, se habrán iniciado los procesos para refrigerarlo y comenzarán a activarse sus instrumentos. En ese primer mes se desbloquearán todos los segmentos del espejo principal y secundario y se verificará que se pueden mover.
En los siguientes cinco meses el equipo de tierra se encargará de alinear la óptica del telescopio y de calibrar los instrumentos científicos. Se comprobarán los sistemas de alineación del telescopio y se tomarán las primeras imágenes de calibración, que probablemente aparecerán distorsionadas ya que todos los segmentos del espejo principal deberán estar perfectamente alineados para tomar imágenes perfectas.
Tras seis meses en el espacio, explican en la NASA, “¡operaciones científicas!”, lo que significa que comenzará la actividad real del telescopio y será entonces —verano de 2022— cuando la NASA probablemente comience a compartir imágenes captadas por el telescopio.
Y a partir de ahí, a hacer historia con esta espectacular “máquina del tiempo” que se espera esté operativa durante al menos cinco años y medio y que podría estarlo más de diez años. La vida útil está limitada por la cantidad de combustible necesaria para mantener la órbita, y precisamente se estima que el combustible incluido dará como mínimo para diez años.
Más información | NASA
