Telescopio espacial Webb
Telescopio Webb: Inicia la aventura para observar los orígenes del cosmos
El astrónomo mexicano Joel Sánchez Bermúdez es uno de los científicos que participan en uno de los proyectos tecnológicos y científicos más ambiciosos de las últimas décadas: el telescopio James Webb, mediante el cual podrá observar el Universo primitivo, el más lejano.
El astrónomo mexicano Joel Sánchez Bermúdez es uno de los científicos que participan en uno de los proyectos tecnológicos y científicos más ambiciosos de las últimas décadas: el telescopio James Webb, mediante el cual podrá observar el Universo primitivo, el más lejano. Él tenía cinco años cuando la NASA comenzó ese proyecto que ahora, si todo sale bien, estará listo para iniciar sus observaciones del cosmos en junio de 2022 y explorar los primeros indicios del potencial de vida, como agua, oxígeno y carbono en las atmósferas de otros mundos. “Buscamos entender cómo se forma el polvo en las estrellas binarias y masivas”, dice Sánchez Bermúdez.
CIUDAD DE MÉXICO (Proceso).– Miles de científicos y aficionados de todo el mundo, incluido México, no pudieron dormir bien la noche del 24 de diciembre, y no fue por las celebraciones de la Nochebuena, sino porque en la mañana del 25 de diciembre, a las 6:30 de la mañana, tiempo de la Ciudad de México, despegaría la misión espacial más compleja de los últimos 30 años: el lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb (JWST, por sus siglas en inglés), el más grande y sofisticado construido hasta ahora.
La preocupación de los miles de especialistas que participaron en la construcción y los que usarán el telescopio, no era para menos: tuvieron que pasar 30 años de planeación, 19 años de desarrollo, la inversión de 11 mil millones de dólares (231 mil millones de pesos) y retrasos de casi 10 años para que el James Webb –el más poderoso jamás construido hasta ahora por la Administración Nacional Aeronáutica y el Espacio de Estados Unidos (NASA)– fuera lanzado exitosamente al espacio desde la base espacial Kourou de la Agencia Espacial Europea (ESA), en la Guyana francesa, Sudamérica.
“Representa la ambición que mantienen la NASA y nuestros socios de impulsarnos hacia el futuro”, expresó Bill Nelson, el administrador de la NASA, luego del despegue triunfante. “La promesa del Webb no es lo que sabemos que descubriremos, es lo que aún no entendemos o no podemos comprender de nuestro Universo. ¡No puedo esperar a ver qué descubre!”
El JWST es la misión científica y tecnológica más compleja de la NASA, y será el instrumento de exploración del cosmos más importante de los próximos 10 años. El proyecto liderado por el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore (STScI) y el Goddard Space Flight Center de la NASA tendría un costo inicial de mil millones de dólares, pero su presupuesto se multiplicó por más de 10. De los casi 11 mil millones de dólares totales, 9 mil 700 fueron aportados por la NASA, 810 millones por la Agencia Espacial Europea, y la Agencia Espacial Canadiense contribuyó con otros 160 millones de dólares.
Está equipado con detectores sensibles al espectro radioeléctrico infrarrojo, invisible al ojo humano. Es 100 veces más potente que el Hubble y cuenta con tecnologías de vanguardia sin precedentes que permitirán observar algunos de los objetos más lejanos del cosmos.
Lleva cuatro instrumentos científicos de última generación, como el detector de infrarrojo medio (MIRI), la cámara del infrarrojo cercano (NIRCam), el espectrógrafo del infrarrojo cercano (NIRSpec), y el instrumento de imagen en el infrarrojo cercano y espectrógrafo sin rendija/sensor de orientación fina (NIRISS/FGS).
Su espejo primario está compuesto por 18 segmentos hexagonales de berilio teñidos de oro configurados en forma de panal, con 6.5 metros de diámetro: casi tres veces el tamaño del telescopio espacial Hubble (de 2.5 metros).
La expansión y aceleración del cosmos desplaza la luz visible de las galaxias y estrellas distantes a las longitudes de onda infrarrojas, más largas. Podrá obtener imágenes de alta resolución y su sensibilidad espectroscópica revelará partes del Universo ocultas a nuestros ojos, que descifrará algunas de las fases más antiguas de la historia cósmica.
Tras otros mundos
Cuando el Universo era un infante de sólo 200 millones de años después del Big Bang, con 5% de su edad actual –de 13 mil 800 millones de años–, el gas que predominaba como niebla se volvió transparente. Ese cambio que aún no se comprende del todo iniciaría una ardiente ráfaga con la cual se formaron estrellas extremadamente masivas (de hasta 300 veces la masa del Sol), luminosas y calientes que repentinamente iluminaron la oscuridad del cosmos.
Esa época, llamada reionización, marcaría el final de la Edad Media o Edad Oscura de la historia cósmica. Las estrellas se aglutinaron y explotaron en gigantescas supernovas que liberaron más radiación y luz que dividieron átomos de hidrógeno y se formaron otros elementos, como metales pesados. Estas primeras fuentes de luz actuaron como semillas para la formación de objetos más grandes, como las galaxias.
Fue un periodo importante en la historia del Universo, pero los científicos desconocen muchas cosas sobre ella, por ejemplo, no saben exactamente cuándo se formaron las primeras estrellas, cómo comenzó este proceso y cómo se formaron las galaxias primigenias.
Como si fuera una máquina del tiempo, el telescopio James Webb podrá observar el Universo primitivo, el más lejano. Con él, cientos de científicos buscarán las primeras galaxias para conocer su evolución; observarán la formación de estrellas; medirán las propiedades físicas y químicas de los sistemas planetarios; y explorarán los primeros indicios del potencial de vida, como agua, oxígeno y carbono en las atmósferas de otros mundos.
“Creemos que las galaxias se comenzaron a formar en los primeros mil millones de años después del Big Bang. Tratamos de investigar esos periodos iniciales”, explica Daniel Eisenstein, de la Universidad de Harvard. “Debemos hacerlo con un telescopio optimizado para luz infrarroja, porque la expansión del Universo hace que la luz aumente su longitud de onda a medida que atraviesa la enorme distancia para llegar hasta nosotros”.
Viaje riesgoso de seis meses
El telescopio espacial de poco más de seis toneladas de peso tuvo que viajar en el cohete Ariane 5 de la ESA doblado como origami, y una vez que abandonó la atmósfera terrestre, extendió sus paneles solares para cargar energía y activó su antena de comunicaciones, pero aún le falta mucho camino para iniciar operaciones.
Tiene que desplegarse y prepararse en un largo y complejo proceso compuesto por 344 pasos cuidadosamente coreografiados y cronometrados, que le tomará seis meses, cada uno de los cuales podría convertirse en un punto de fallo.
Por ejemplo, extenderá su escudo solar con forma de un cometa de cinco sábanas que protegerá al telescopio de la radiación solar y evitará el calentamiento de sus instrumentos. Una vez desplegado, alcanzará una dimensión de 21 metros de largo por 14 de ancho y 10 de alto. Más tarde, desplegará su espejo primario y secundario bajo la sombra segura y aislante del escudo.
A lo largo de un mes viajará a 38 mil kilómetros por hora hasta alcanzar su órbita final a 1 millón 500 mil kilómetros de distancia de la Tierra, casi cuatro veces la distancia de la Luna; en un punto gravitatoriamente estable en el espacio conocido como L2, o segundo punto de Lagrange.
En este sitio, el impulso gravitatorio de la Tierra y la Luna, le permitirán tener un movimiento estable alrededor del Sol. Ahí el telescopio se colocará de tal forma que siempre apuntará en dirección contraria al Sol, con la Tierra y la Luna a su espalda. Si todo va bien, el Telescopio Espacial James Webb estará listo para iniciar sus observaciones en junio de 2022.
Participación mexicana
Cuando el joven investigador mexicano Joel Sánchez Bermúdez, del Instituto de Astronomía de la UNAM, realizó una visita al Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore (STScI), le obsequiaron una réplica de una máscara interferométrica, un instrumento clave del JWST, que captura imágenes del cosmos de alta resolución en el infrarrojo cercano.
Hace 30 años que inició la idea de la construcción del Webb –en aquel entonces se le llamaba Telescopio Espacial de Nueva Generación–, Sánchez Bermúdez todavía no entraba a la escuela primaria, tenía sólo cinco años de edad y jamás se imaginó que tendría una réplica de un componente de la misión más ambiciosa de la NASA de las últimas tres décadas.
Este instrumento llamado NIRISS (por las siglas en inglés de Instrumento de Imagen en el Infrarrojo Cercano y Espectrógrafo sin Rendija), es una contribución de la Agencia Espacial Canadiense que puede observar objetos extremadamente brillantes y tenues; capta la composición química de los objetos que observa, ya sea una estrella o la atmósfera de un planeta o una luna.
Sánchez Bermúdez tendrá una participación destacada en el Webb: utilizará este instrumento en tres proyectos de investigación diferentes con tres grupos distintos de científicos internacionales, durante el primer año de observaciones del nuevo telescopio. “Es una gran responsabilidad. Me llena de mucha ilusión poder usar tan pronto el JWST y ser parte de todo este esfuerzo”, expresa Sánchez Bermúdez, quien desde los cinco años de edad quería ser astrónomo.
En el primero de esos proyectos, junto con sus colegas, estudiará la formación de polvo de estrellas en sistemas binarios de estrellas masivas de hasta ocho veces la masa del Sol. “Buscamos entender cómo se forma el polvo en las estrellas binarias y masivas”, menciona.
En la segunda investigación analizarán la morfología de los discos protoplanetarios de los cuales se forman nuevas estrellas y exoplanetas, es decir, estudiarán el nacimiento de sistemas solares como el nuestro. Y en el tercer proyecto se enfocará en dos lunas de Júpiter, para analizar su geología y actividad volcánica.
Pero su contribución al telescopio es aún mayor: junto con Anand Sivaramakrishnan, astrónomo de la Universidad Johns Hopkins y del STScI, desarrollaron el sofware que analizará los datos interferométricos que reúna el Telescopio Espacial, es decir, su ingenio acompañará al JWST a lo largo de sus 10 años de funcionamiento.
Esta no es la única participación de científicos mexicanos: Aída Wofford, del Instituto de Astronomía de la UNAM, Campus Ensenada, fue parte del equipo de científicos e ingenieros que calibraron el espectrógrafo NIRSpec, una contribución de la Agencia Espacial Europea que captura espectros individuales de docenas de objetos al mismo tiempo, que lo hace ideal para estudiar galaxias débiles y extremadamente distantes.
La joven investigadora espera iniciar su investigación en la segunda ronda de proyectos con el James Webb. Junto con un equipo de 12 colegas mexicanos y estadunidenses buscan responder por qué en el Universo la mayoría de las estrellas son en promedio como nuestro Sol, y saber por qué son menos frecuentes las estrellas con entre 10 y 100 veces la masa del Sol.
En su famosa serie Cosmos, el célebre científico y divulgador Carl Sagan expresaba: “Somos polvo de estrellas”. Y mientras el mundo y la comunidad científica internacional analizarán el polvo de estrellas primigenio del que se originan las primeras galaxias y la vida tal y como la conocemos, en México se convierte en polvo el apoyo financiero a la ciencia, se escatima la contratación de científicos jóvenes y se mantiene el “dedazo” en las instituciones científicas.
A pesar de ello, jóvenes investigadores como Joel Sánchez Bermúdez y Aída Wofford representan dignamente al país en uno de los proyectos tecnológicos y científicos más ambiciosos de las últimas décadas.
