James Webb, el telescopio espacial que podrá mirar hacia el pasado

• Redacción BBC News Mundo y 20minutos

El telescopio será lanzado a millones de kilómetros de la Tierra y tendrá la capacidad de detectar cualquier galaxia en el universo.

Es un observatorio espacial que puede mirar hacia el punto más remoto del pasado.

El telescopio espacial James Webb (JWST), una misión internacional de las agencias espaciales de Estados Unidos (NASA), Europa (ESA) y Canadá (CSA), lleva varios años en construcción con un costo de miles de millones de dólares.

Sus responsables planean lanzarlo a millones de kilómetros de la Tierra y los científicos afirman que tendrá la capacidad de detectar cualquier galaxia en el universo.

Pero una pieza clave del JWST es un instrumento creado por un equipo de astrónomos e ingenieros de Edimburgo, Escocia.

Es el MIRI (Mid Infrared Instrument), una herramienta diseñada para medir el rango de longitud de onda del infrarrojo medio.

El MIRI, uno de los cuatro detectores clave del JWST, permitirá mirar hacia el pasado, a unos cientos de millones de años después del Big Bang, un momento que se cree ocurrió hace más de 13.500 millones de años.

¿Cómo puedes mirar hacia el pasado?

La capacidad para mirar el pasado está basada en el hecho de que incluso la luz tiene un límite de velocidad.

La luz viaja a 300.000 km/s.

Así, debido al tiempo que tarda en recorrer el espacio, cuanto más lejos está un objeto más atrás vemos en el tiempo.

Por ejemplo, como la luz del Sol tarda ocho minutos en llegar a la Tierra, en realidad los que estamos en la Tierra vemos al Sol como era hace ocho minutos.

Entonces, la imagen de una estrella que está a mil millones de años luz distancia tarda mil millones de años en llegar a nosotros.

Y cuando vemos esa estrella, lo que estamos viendo es cómo era hace mil millones de años.

El telescopio James Webb es el instrumento perfecto para estudiar esos mundos y planetas distantes que orbitan otros soles.

La existencia del primer exoplaneta fue confirmada en 1995. Ahora sabemos que hay más de 4.000 de ellos.

El MIRI permitirá a los astrónomos mirar esos cuerpos celestes en mayor detalle, incluida la observación de sus atmósferas para prometedores signos de vida extraterrestre.

¿Cómo funciona?

Como todos los telescopios espaciales, el JWST tiene una ventaja sobre sus contrapartes establecidos en la Tierra.

No hay una atmósfera que distorsione nuestra visión así que las estrellas no centellean en el espacio.

Todos los instrumentos del James Webb observarán la luz infrarroja, lo cual es vital para entender el universo.

Los objetos más lejanos que podemos detectar se ven con luz infrarroja porque ésta puede atravesar el polvo interestelar que bloquea la luz visible.

Además, la luz visible que viaja desde una estrella lejana se distorsiona en su trayecto hacia nosotros.

La longitud de onda se vuelve más larga, lo que significa que la luz que estaba en el rango visible para los humanos es desplazada hacia el infrarrojo del espectro electromagnético.

Este es un efecto llamado “desplazamiento hacia el rojo” y significa que si quieres ver hacia puntos más remotos del pasado debemos mirar objetos que resultan invisibles para nosotros.

Pero estos objetos “invisibles” no serán invisibles para el James Webb.

Tres de sus detectores están sintonizados hacia el infrarrojo cercano. Como el término sugiere, esos son los rojos que podemos ver en el espectro electromagnético.

Pero el cuarto detector, el MIRI, puede mirar más profundamente, hacia el infrarrojo medio. Lo que significa que podrá observar mucho más lejos y a puntos mucho más remotos.

El profesor Alistair Galsse, principal científico del MIRI, le explicó a la BBC cómo funciona el detector.

“Este puede ver los colores de los objetos, por ejemplo, los que están a aproximadamente temperatura ambiente. Esto hace particularmente interesante el estudio de planetas que orbitan otras estrellas”.

Y lo más fascinante es que el MIRI será capaz de mirar hacia casi el comienzo del universo.

“Pensamos que las primeras estrellas que se formaron eran muy grandes y comenzaron la cadena de producción de los elementos y estrellas que vemos a nuestro alrededor”, le dice a la BBC la profesora Gillian Wright, principal investigadora europea del MIRI.

“No sabemos mucho sobre esta era. Sabemos cómo se veía la estructura del universo poco después del Big Bang y, por el (telescopio) Hubble y otras misiones, cómo se ven las galaxias ahora o en épocas posteriores”, explica Wright.

“Pero, la pequeña porción en el medio, cómo se formaron las primeras… no sabemos mucho sobre esa era”, dice la científica.

Un espejo más grande que el del Hubble

El JWST es, literalmente, un enorme proyecto. Tiene el tamaño de una cancha de tenis y su espejo de 6,5 metros es varias veces más grande que el del Hubble.

En su configuración funcional es demasiado grande para cualquier cohete por lo que deberá ser doblado en 18 segmentos hexagonales que se desplegarán en el espacio.

De la misma forma, el JWST cuenta con un enorme parasol diseñado para mantener su temperatura a pocos grados sobre el cero absoluto.

El parasol está compuesto de cinco delgadas capas de película de poliimida que debe ser desplegado en el espacio.

El telescopio está siendo probado exhaustivamente en la Tierra porque irá a lugares donde nadie podrá arreglarlo si sufre una descompostura.

Operará cerca del punto de Lagrange Tierra-Sol L2, a un millón y medio de kilómetros de la órbita de la Tierra, un punto en el espacio donde pueden orbitar el Sol en sincronía con la Tierra, lo que permitirá que el telescopio permanezca a una distancia casi constante.

La misión está programada para 2021 y está planeado que dure menos de seis años.

El telescopio espacial James Webb ha llegado al puerto de Pariacabo en la Guayana Francesa, ahora, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la NASA están preparando la misión para su lanzamiento en el cohete ‘Ariane 5’ en diciembre.

Instrumentos a bordo

Webb tiene cuatro instrumentos: un espectrógrafo de infrarrojo cercano, un instrumento de infrarrojos medios, una cámara de infrarrojos cercanos y un generador de imágenes de infrarrojo cercano.

NIRSpec – el espectrógrafo de infrarrojo cercano

El objetivo principal de NIRSpec es permitir grandes estudios espectroscópicos de objetos astronómicos como estrellas o galaxias distantes. Esto es posible gracias a su potente modo de espectroscopia multiobjeto, que utilizará aproximadamente un cuarto de millón de pequeñas contraventanas configurables, que son comparables en tamaño al ancho de un cabello humano, para realizar observaciones espectroscópicas simultáneas de múltiples fuentes en una sola exposición –podrá obtener espectros de hasta 200 objetivos simultáneamente-.

MIRI: el instrumento de infrarrojos medios

MIRI es el único instrumento del telescopio capaz de operar en longitudes de onda del infrarrojo medio y apoyará toda la gama de objetivos científicos de Webb, desde la observación de nuestro propio Sistema Solar y otros sistemas planetarios hasta el estudio del Universo primitivo.

Para observar el cosmos en el infrarrojo medio, el MIRI debe enfriarse a una temperatura de -266 grados Celsius, que es más de 30 grados más fría que los otros instrumentos del observatorio Webb. Esto se logra mediante el uso de un innovador sistema de enfriamiento, conocido como crioenfriador, que actuará como un refrigerador adicional para el instrumento.

NIRCam: la cámara de infrarrojos cercanos

NIRCam de Webb es la cámara principal del observatorio que tomará imágenes del cosmos simultáneamente en dos rangos de infrarrojos diferentes. Aprovechando la exquisita calidad de imagen y el gran espejo primario de 6,5 metros del Webb, el instrumento adquirirá algunas de las imágenes de infrarrojo cercano más profundas jamás obtenidas y detectará la luz de las primeras estrellas y galaxias.

El instrumento también tiene un papel especial en el conjunto de instrumentos de Webb porque será la herramienta principal para la alineación del telescopio.

NIRISS: el generador de imágenes de infrarrojo cercano y el espectrógrafo sin rendija

NIRISS es un instrumento innovador que apoyará las operaciones en tres modos de observación. Tiene una cámara que se podrá utilizar en paralelo con la cámara principal de NIRCam para proporcionar imágenes adicionales, cuenta con un espectrógrafo sin rendija, donde se dispersará toda la luz que incida sobre la cámara, y también ofrece un modo espectroscópico que está especialmente diseñado para la caracterización de exoplanetas mediante espectroscopia de tránsito, una técnica que permite a Webb estudiar la composición química de la atmósfera de un exoplaneta cuando pasa frente a su estrella anfitriona.

¿Quién fue James Webb?

El nombre del Telescopio Espacial Internacional James Webb honra al segundo administrador de la NASA, James E. Webb, quien dirigió la agencia desde febrero de 1961 hasta octubre de 1968 y dirigió el programa Apolo. Aunque el uso de su nombre abrió la polémica, “Es cierto que Webb fue un alto directivo en una época en la que se despedía a los homosexuales. Sin embargo, no conozco ninguna evidencia de que él fuera un promotor de la purga de estos” algo que nombramos, pero no hace parte fundamental de este artículo.