¿Cual es el cometido del telescopio espacial James Webb?

El Telescopio Espacial James Webb inicia una nueva era en la astronomía. Supone la mayor apuesta de la humanidad hasta el momento en su empeño por desentrañar los misterios del Universo. El telescopio fue lanzado al espacio a las 9:20 a. m. (hora local) del pasado 25 de diciembre desde el centro espacial que la Agencia Espacial Europea (ESA por sus siglas en inglés) posee en Kourou (Guayana Francesa). Este evento culmina décadas de trabajo de astrónomos de todo el mundo. De hecho, los primeros bocetos de lo que se convertiría en Webb surgieron en un taller del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore (Maryland, EEUU) en 1989. Esto era el año anterior al lanzamiento del Telescopio Espacial Hubble, y los científicos ya estaban pensando en cómo dar continuidad a este. Finalmente, estos primeros esbozos se convirtieron en planes sólidos para la construcción de un telescopio espacial con un espejo primario de 6,5 metros de ancho (casi tres veces el tamaño del Hubble), y compuesto por 18 segmentos hexagonales. Este espejo primario es tan grande que debió plegarse como origami durante el lanzamiento y deberá desplegarse una vez en el espacio. Para mantener el telescopio lo suficientemente frío como para que pueda operar, se incluyó un parasol en forma de cometa del tamaño de una cancha de tenis y hecho de cinco capas recubiertas de aluminio que bloquean el calor del Sol. 

Inicialmente el proyecto para su construcción era de 1000 millones de dólares. Sin embargo, y como suele pasar en este tipo de proyectos, la evaluación de costos inicial fue muy inferior al costo final. Y es que el telescopio más los gastos operativos van a ascender a más 11000 millones de dólares, la mayor parte aportados por la NASA (hasta ahora 9700 millones + otros 800 millones en los próximos años para su operación) pero con participación de la ESA que aportó 700 millones de euros (810 millones de dólares al cambio) y de la Agencia Espacial Canadiense (CSA por sus siglas en ingles) que contribuyó con 200 millones de dólares canadienses (160 millones de dólares). Sin embargo, este enorme desembolso está totalmente justificado para la comunidad científica pues catalogan al Webb como “el comienzo de una de las misiones más asombrosas que la humanidad haya concebido”. 

El Telescopio Espacial Hubble de la NASA ha estado estudiando el Universo desde 1990 y las imágenes que ha podido obtener han contribuido a transformar nuestra comprensión del cosmos en los últimos 31 años. El Webb fue concebido como el sucesor del Hubble y es, aproximadamente, 100 veces más poderoso que su predecesor. Por lo tanto, todas las esperanzas para seguir ampliando el conocimiento y revelar aspectos previamente ocultos del Universo están puestas en él. El Webb trabajara desde una posición muy especifica del espacio conocida como L2 y a la cual ha llegado el pasado 25 de enero. Esta posición denominada punto de Lagrange (uno de los 5 que hay) es particularmente buena para observatorios astronómicos. Esta posición permite mantener al Sol, la Tierra y la Luna detrás del telescopio todo el tiempo y no tener la vista tapada por la Tierra gran parte del tiempo como pasó con el Hubble. La otra gran ventaja de L2 es que hace frío. Las misiones en órbita terrestre entran y salen de la luz solar en cada órbita, experimentando grandes cambios de temperatura que hacen que los equipos se expandan y contraigan. Los instrumentos científicos que tienen que permanecer fríos para para ser precisos funcionan mejor en L2, donde la temperatura es mucho más estable. Los cuatro instrumentos científicos de Webb operan a temperaturas de alrededor de -233 °C, o 40 grados por encima del cero absoluto, para detectar débiles destellos de calor provenientes de estrellas, galaxias y otros objetos cósmicos. Estos denominados puntos de Lagrange llevan el nombre de su descubridor, el matemático Joseph-Louis Lagrange, quien en 1772 los descubrió como lugares donde un cuerpo pequeño puede orbitar junto con dos masas más grandes. Eso hace que L1 y L2, los puntos de Lagrange más cercanos a la Tierra, sean lugares obvios para explotar para la exploración espacial. Una vez en L2, el Webb continuará con un periodo de “aclimatación” pues sus equipos deben enfriarse a la temperatura de operación, proceso que durara unos 100 días. A continuación, se realizará el alineamiento del telescopio que tardara otros 20 días y después durante los siguiente 4 meses se irán calibrando los diferentes instrumentos de medida. Así pues, esperamos las primeras imágenes en unos 6 meses, para finales de junio o principios de julio. 

El cometido científico del Webb se centrará en seguir avanzando en nuestra compresión del Universo y sus orígenes. Para ello, examinará cada fase de la historia cósmica: desde los primeros destellos luminosos después del Big Bang hasta la formación de galaxias, estrellas y planetas y la evolución de nuestro propio sistema solar. Sus objetivos científicos del Webb se pueden agrupar en cuatro temas:

-El fin de la edad oscura: la primera luz y la reionización. El Webb será una poderosa máquina del tiempo con visión infrarroja que mirará hacia atrás durante 13.500 millones de años para ver las primeras estrellas y galaxias formándose a partir de la oscuridad del universo primitivo. Después del Big Bang, el universo era como una sopa caliente de partículas (es decir, protones, neutrones y electrones). Cuando el universo comenzó a enfriarse, los protones y neutrones comenzaron a combinarse en átomos ionizados de hidrógeno (y eventualmente algo de helio). Estos átomos ionizados de hidrógeno y helio atrajeron electrones, convirtiéndolos en átomos neutros, lo que permitió que la luz viajara libremente por primera vez, ya que esta luz ya no dispersaba electrones libres y el universo dejara de ser oscuro. Sin embargo, todavía pasaría algún tiempo (quizás hasta unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang) antes de que comenzaran a formarse las primeras fuentes de luz, poniendo fin a las edades oscuras cósmicas. Se desconoce cómo era esta primera luz que apareció en el universo (es decir, estrellas que fusionaron los átomos de hidrógeno existentes en más helio), y no se sabe exactamente cuándo se formaron estas primeras estrellas. Estas son algunas de las preguntas que Webb fue diseñado para ayudarnos a responder. 

-Conjuntos de galaxias. La sensibilidad infrarroja sin precedentes de Webb ayudará a los astrónomos a comparar las galaxias más débiles y tempranas con las grandes espirales y elípticas actuales, ayudándonos a comprender cómo se ensamblan las galaxias durante miles de millones de años. Las galaxias nos muestran cómo se organiza la materia en el universo a gran escala. Para comprender la naturaleza y la historia del universo, los científicos estudian cómo está organizada actualmente la materia y cómo ha cambiado esa organización a lo largo del tiempo cósmico. De hecho, los científicos examinan cómo se distribuye la materia y cómo se comporta en múltiples escalas de tamaño. Desde observar la forma en que se construye la materia a nivel de partículas subatómicas hasta las inmensas estructuras de las galaxias y la materia oscura que se extienden por el cosmos, cada escala nos brinda pistas importantes sobre cómo se construye y evoluciona el universo.

-El nacimiento de las estrellas y los sistemas protoplanetarios. El Webb podrá ver a través y dentro de las enormes nubes de polvo que son opacas para los observatorios de luz visible como el Hubble, donde nacen las estrellas y los sistemas planetarios. Hay muchas estrellas que el Hubble no puede ver porque las nebulosas compuestas de polvo cósmico no permiten pasar la luz. Con la luz infrarroja se revela más estructura dentro de las nubes de polvo y ahora se hacen evidentes las estrellas ocultas.

-Los sistemas planetarios y los orígenes de la vida. Desde hace años se han ido encontrando miles de exoplanetas (y en todo tipo de sistema estelar imaginable), y continuamos acercándonos a planetas más pequeños y más parecidos a la Tierra. Por ello, uno de los principales usos del Webb será estudiar las atmósferas de los exoplanetas, para buscar los componentes básicos de la vida en otras partes del universo. Además de otros sistemas planetarios, el Webb también estudiará objetos dentro de nuestro propio Sistema Solar. 

Se espera que Webb funcione durante al menos cinco años y quizás hasta diez, dependiendo de la cantidad de combustible que utilice para orientarse en el espacio. Después de muchos años de espera, los astrónomos están más que listos para que Webb recoja el testigo de los descubrimientos del Hubble.