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Lo que se juega la NASA con las primeras imágenes del telescopio James Webb

El telescopio James Webb es el nuevo corazón de ese ser vivo que llamamos astronomía
Primera imagen tomada por el telescopio espacial James Webb, “la imagen infrarroja más profunda y nítida del universo primitivo jamás tomada”

 -   Primera imagen tomada por el telescopio espacial James Webb, “la imagen infrarroja más profunda y nítida del universo primitivo jamás tomada”. NASA, ESA, CSA, y STScI

La sociedad quizá se pregunta por qué merece la pena gastarse 100 mil millones de euros en un telescopio 50 veces más caro que su predecesor, el Hubble. Sus primeras fotografías tienen la respuesta.

El espía que surgió del frío

Mostrar argumentos convincentes de la utilidad de la ciencia es un espectáculo de malabares, y un pequeño fallo acabaría con mis pelotitas en el suelo. Quizá me atreva a ponerme reivindicativa ante la embriaguez del espectáculo que el JWST promete brindar.

Pero baste por ahora un argumento puramente científico para poder valorar el valor que tendrán sus impactantes imágenes.

Poner un telescopio en el espacio es carísimo, está claro. Pero ¿por qué tan lejos? Sencillamente porque permite optimizar su funcionamiento en el rango de la radiación infrarroja. Con esto el telescopio James Webb complementa el trabajo del telescopio Hubble, un veterano que investiga el visible y el ultravioleta.

Esta es una imagen de descarte del James Webb, obtenida por un instrumento canadiense que no está dedicado a hacer fotos, se ocupa de elegir el campo al que Webb debía apuntar. Sin embargo, ese descarte ya ofrecía la imagen más profunda del universo jamás tomada. NASA

Las señales astronómicas que nos llegan del espacio son un bien escaso. Y por ello conviene librarse de los competidores. Las moléculas de agua de la atmósfera tienen mucha avidez por las ondas infrarrojas. En cambio en la profundidad y el frío del espacio los detectores se libran de esa molestia. Y lo mismo sucede con los calentamientos no deseados causados por las propias piezas del instrumento. Esto se consigue con un complicado dispositivo llamado enfriador acústico.

Esa pieza clave del JWST se vale del efecto Joule-Thomson, según el cual un gas se enfría cuando la presión sobre él disminuye. Poco podían imaginar aquellos dos pioneros cuán lejos iba a llegar su entusiasmo por la física básica. Eso nos da una idea de que es posible que muchos avances propiciados por la investigación más fundamental alcancen también los confines del saber y del propio universo.

La tecnología desarrollada para James Webb ya ha llegado a los hospitales

Hasta aquí el reto que supone evitar absorciones indeseadas para obtener señales más precisas y potentes. En realidad eso es solo un pequeño aspecto del enorme grado de complejidad de los desafíos a los que se enfrenta el JWST. Y solo al tener eso en cuenta podremos valorar lo puntero de la ciencia y la tecnología que involucra su desarrollo y explotación. Baste solo mencionar que una tecnología diseñada para calibrar sus espejos ha sido transferida con éxito a la cirugía oftalmológica con láser. Y son ya decenas de miles los pacientes cuya córnea ha sido operada gracias a este avance transformador.

Pero, ¡basta de panfletos! Mejor hacemos poesía.

La ciencia básica en el espacio profundo

Robando el concepto a El Principito, el telescopio James Webb es el nuevo corazón de ese ser vivo que llamamos astronomía. Este nuevo instrumento va a permitirnos ver lo esencial, lo que es invisible a los ojos, el universo en infrarrojo. Detectar y comprender las ondas de esta región del universo es parte de la historia entrelazada de la astronomía y la tecnología. No es sorprendente que las predijera Emile du Châtelet, la más ilustre pionera de las mujeres en la física. Ni tampoco lo es que las descubriera uno de los más insignes astrónomos de la historia, William Herschel . Y en su honor se bautizó un telescopio que cuenta con sistemas de refrigeración más rudimentarios que James Webb.

Tampoco sorprende que el precursor de los termómetros de infrarrojo que la pandemia puso de moda se inventase para ser usado en astronomía. Este aparato, denominado tasímetro, fue creado por Thomas Edison para detectar cambios de temperatura en la corona solar amplificados durante un eclipse.

El telescopio James Webb toma el testigo de toda aquella ciencia discreta y pertinaz. Y promete desvelar algunos preciosos secretos del universo gracias a su exquisita profundidad de campo.

James Webb ha tomado imágenes con una “lupa” cósmica

Podemos pensar en James Webb como un balde capaz de recoger luz. Y capta mucha más luz que ningún telescopio espacial hasta la fecha. Es, por así decirlo, un ojo con una pupila más grande, solo que no es un orificio, sino una reunión de espejos. Así, según ha adelantado la NASA, ha sido capaz de obtener espectaculares imágenes producidas por el sistema de lentes gravitacionales SMACS 0723. Este conjunto de cúmulos masivos de galaxias aprovecha la curvatura del espacio-tiempo magnificando la luz de galaxias débiles y lejanas situadas detrás de él. Gracias a ello esperamos que nos regale la mirada al universo más profunda jamás realizada.

SMACS 0723 es un cúmulo de galaxias masivos que magnifican la luz en primer plano y la distorsionan para los objetos detrás de ellos, que permitirá obtener una visión de campo profundo de galaxias extremadamente distantes y de aquellas débiles. Mañana veremos que ha visto en esta fabulosa región del espacio James Webb. NASA
El material del que están hechas las estrellas

Pero volvamos a ocuparnos de sus capacidades en el rango del infrarrojo. Este telescopio en particular investigará las regiones del universo ricas en polvo cósmico, un compuesto de partículas de menos de de 100 micras. Esto es justo del orden la longitud de onda de la radiación infrarroja, y así puede atravesar con facilidad las nubes de polvo cósmico. Curiosamente esta materia prima es la sustancia que da lugar a las estrellas. Es decir, abunda significativamente en las regiones donde se forman las estrellas. En términos futboleros, son algo así como la Masía del Universo. De hecho, las estrellas embrionarias se mantienen un tiempo dentro de una crisálida de polvo.

No obstante, en el universo encontramos nubes de polvo cósmico en tamaños muy variados. Por ejemplo, las nebulosas planetarias son pequeñas y suelen rodear estrellas moribundas. Ese es el caso de la nebulosa de las “Ocho ráfagas”, protagonista también de la primera colección de imágenes que veremos con los ojos de James Webb. Se espera que su interpretación nos lleve a comprender mejor la evolución estelar.

Nebulosa de las Ocho ráfagas, también llamada Anillo Sur. Mañana veremos cómo la ha observado James Webb. Hubble Heritage Team/STScI / AURA / NASA / ESA
¿Y en el futuro?

Hemos dado algunas pistas de las ofrendas a la ciencia que hará este singular telescopio, pero se espera mucho más. Por ejemplo, se cree que será un actor clave para ajustar el ritmo de expansión actual del universo. En concreto, permitirá hacer más precisas las medidas necesarias de distancia usando estrellas gigantes rojas. Una de las claves es que la incertidumbre sobre la física de estos árbitros entre las medidas locales y distantes del valor de la constante de Hubble es menor en el infrarrojo. Ello se debe a que la emisión en ese rango no tiene tanta dependencia de su edad ni de su composición metálica.

Tantas promesas nos hacen sentir que vamos a tener que encontrar ya una vacuna para el síndrome de Stendhal que nos va a provocar cada colección de imágenes del telescopio James Webb. Y quizá a lo que como comunidad podemos aspirar es a que ello sustente vocaciones que puedan sacar todo el provecho posible a tanto conocimiento.The Conversation

Ruth Lazkoz, Profesora de Física Teórica, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.