Telescopio James Webb: el gran mirón del universo

Cd. de México (Reforma).- De suma belleza, y evidenciando lo ínfimo de la presencia humana en el cosmos, las primeras imágenes del Telescopio Espacial James Webb (JWST, por sus siglas en inglés) han causado tal asombro, que cualquiera desearía dedicar la vida al estudio y observación de los astros.

Para quienes así lo hacen -astrónomos, físicos, científicos espaciales-, estas imágenes captadas con el telescopio más grande, poderoso y complejo que se ha construido y lanzado al espacio hasta la fecha reflejan mucho más que la sola e indiscutible composición estética del espectáculo natural que es el universo.

“La verdad es que son imágenes muy impresionantes”, remarca en entrevista telefónica Joel Sánchez Bermúdez (Estado de México, 1986), doctor en física y ciencias espaciales por la Universidad de Granada.

“La primera imagen, la del campo ultraprofundo, es realmente una imagen fantástica, porque nos permite ver algunas de las galaxias más alejadas que existen”, continúa el investigador del Instituto de Astronomía de la UNAM. “Es increíble la cantidad de galaxias que se pueden ver tan solo en esa imagen, que es un pedacito muy, muy pequeñito del cielo, realmente”.

A lo que Sánchez Bermúdez hace referencia es a la imagen infrarroja más profunda y nítida del universo primitivo que se ha tomado hasta ahora, difundida el pasado 11 de julio. Una peculiar estampa que muestra el cúmulo de galaxias SMACS 0723, con algunas verdaderamente al límite de lo conocido, a unos 13 mil millones de años luz.

“Esta va a ser una prioridad del Telescopio Webb: detectar galaxias sumamente remotas, galaxias muy lejanas, que apenas se están formando. Porque cuando vemos en el espacio también estamos viendo en el tiempo; de lo muy lejano, pues estamos viendo su pasado, porque la luz apenas nos está llegando”, expone a REFORMA el físico y doctor en astronomía Luis Felipe Rodríguez Jorge (Mérida, 1948).

“Son imágenes espectaculares que revelan el gran poder que tiene este nuevo telescopio y que sugieren las muchas cosas que se van a poder hacer con él”, agrega el fundador, primer director e investigador del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica (IRyA) de la UNAM sobre los primeros resultados del Telescopio Espacial James Webb, cuya misión es observar en el infrarrojo.

Algo interesante es que, tratándose de observaciones del espacio infrarrojo -amplitud de onda que escapa al ojo humano-, realmente no podemos ver lo mismo que el James Webb. Y, de hecho, aquellos cautivadores colores con que se muestran, por ejemplo, las nebulosas Carina y del Anillo Sur, en realidad son colores falsos, añadidos al procesar las capturas.

“Este telescopio es para radiación infrarroja. Esa no la podemos ver nosotros, pero sí la podemos sentir. Si frotan sus manos fuerte y las acercan a su rostro, saben dónde están sus manos; tenemos un sensor infrarrojo, lo sentimos como calorcito. Pues ese es el tipo de radiación que puede ver este telescopio“, explicó la astrónoma y divulgadora Julieta Fierro (Ciudad de México, 1948) durante la reanudación de actividades del Planetario Luis Enrique Erro del IPN.

“El Webb trabaja en el infrarrojo, donde no hay colores. Entonces, se le ponen colores a las observaciones, colores falsos; pero tiene su teoría. Por ejemplo, el rojo nos indica emisión de polvo, unas partículas que existen en el espacio; y así cada color representa la emisión de un tipo de fenómeno”, agrega Rodríguez Jorge.

A partir de las comparaciones entre las imágenes del James Webb y las de su antecesor, el Telescopio Espacial Hubble -que ha pasado más de tres décadas en el espacio-, en donde resalta la potencia y capacidad del nuevo instrumento, el también miembro de El Colegio Nacional no tiene duda sobre lo que le depara al estudio del cosmos: “Esto va a revolucionar el conocimiento”.

“La interpretación de esas imágenes es la que ahora va a requerir tiempo, meses”, apunta el investigador del IRyA. “Todas esas imágenes se van a analizar en gran detalle y van a revelar muchas cosas”.

Un mexicano entre los analistas del James Webb

Entre los científicos que llevarán a cabo esa interpretación y análisis de lo que el Telescopio Espacial James Webbobserve está el mexiquense Joel Sánchez Bermúdez, como parte de un grupo con especialistas de varias instituciones del mundo.

“Tuve la fortuna de participar en un programa de ciencia temprana con el telescopio“, cuenta el especialista en reconstrucción de imágenes por interferometría, quien detalla que si bien cualquier científico podría aplicar los datos del JWST, para que el instrumento apunte hacia un sitio específico se debe concursar por las horas de observación.

“Tú mandas una propuesta de observación que tiene que ser aceptada por un comité científico que determina si te da o no te da tiempo”.

De hecho, la propuesta del grupo con el que él colabora -que consistió en dar un vistazo a la estrella binaria WR 137, a 5 mil 900 años luz de distancia- ya fue observada, e incluso recibieron los datos tan solo un par de días después de que las primeras imágenes del telescopio espacial fueran dadas a conocer.

“Tuvimos mucha suerte en ser uno de los primeros equipos que tiene datos científicos del telescopio. Y la intención es publicar esto lo antes posible; esperamos que en un par de meses hagamos las primeras publicaciones de los datos”, adelanta Sánchez Bermúdez, cuya participación con el James Webb no se limita a este proyecto únicamente.

Y es que, derivado del trabajo con colaboradores del Space Telescope Science Institute -que se encarga de coordinar las observaciones del JWST-, en Baltimore, al mexicano le fue dada la oportunidad de ser parte del equipo científico de uno de los cuatro instrumentos del telescopio: el Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano y sin Hendidura (NIRISS).

“En particular, yo trabajo con la parte de crear software para poder analizar algunos datos que se van a tomar con esta cámara”, comenta el investigador, destacando que el James Webb va a ser el primer telescopio infrarrojo en el espacio con un modo interferométrico, técnica que permitirá duplicar la resolución del instrumento.

“Sin embargo, esta técnica no graba directamente imágenes así como las que se liberaron, sino que da unos datos muy particulares que tienen que ser procesados para después reconstruir las imágenes. Parte de mi trabajo en la UNAM en los últimos años ha sido justamente desarrollar el software para procesar esos datos, y después poder reconstruir esas imágenes para ver el objeto que estamos intentando estudiar”.

La observación al sistema WR 137 se hizo precisamente por interferometría, por lo que los datos entregados al equipo científico no son imágenes como las difundidas hace unas semanas, sino un patrón de franjas o de interferencia a partir del cual podrán reconstruir la imagen haciendo uso del software desarrollado por Sánchez Bermúdez.

El científico mexiquense detalla que WR 137 es un sistema con dos estrellas masivas, de más de 10 veces la masa del sol, orbitando una alrededor de la otra. Se trata de cuerpos muy importantes, pues determinan la composición química de las galaxias; es decir, la mayoría de los elementos pesados se forman en su interior o tras su muerte.

Algunas de estas estrellas tienen vientos -la radiación que emiten- muy fuertes que alcanzan velocidades del orden de mil kilómetros por segundo, y en un sistema binario como éste el viento de ambas puede estar chocando entre sí, lo cual llega a generar las condiciones suficientes de temperatura para que se forme polvo a partir del gas que existe alrededor.

“Básicamente se empiezan a formar pequeñas partículas de polvo, y luego éstas se van quedando en el espacio, en el ambiente circunestelar del sistema de estrellas. Después este mismo polvo es el que se reprocesa para formar nuevas generaciones de estrellas y de planetas.

“Es decir, muchos de los materiales que existen hoy en la Tierra se formaron de esta manera en el universo de manera previa, en una generación anterior de estrellas”, relata Sánchez Bermúdez.

De ahí que sea interesante saber cómo y qué tipo de polvo se genera; conocer sus características químicas, pues de eso dependerá el enriquecimiento del medio interestelar observable que al final propiciará el surgimiento de nuevas generaciones de planetas y de estrellas.

“Lo que nosotros queríamos estudiar era justamente la morfología del sistema binario”, subraya el investigador sobre estos cuerpos celestes que al girar forman una especie de espiral, otros de los cuales -como WR 143– su grupo ya ha estudiado anteriormente con observaciones desde la Tierra.

“Pero no teníamos aún la resolución ni la sensibilidad que el Webb nos ofrece para poder realizar este tipo de observación y hallar nuevas claves para entender cómo es la formación de polvo en este sistema”.

Aunado a todo esto, el investigador mexiquense también participará en el análisis de las observaciones del JWST a Ío, una de las lunas de Júpiter, para estudiar su actividad volcánica; y también en el análisis de la formación de planetas en discos de acreción de estrellas.

Esto sin obviar el estudio a detalle de la parte central de la galaxia activa NGC 1068, a 47 millones de años luz, que cuenta con un agujero negro supermasivo eyectando chorros de material alrededor; “queremos ver si podemos mapear, digamos, la morfología, la estructura de esta galaxia con este tipo de observaciones”, señala Sánchez Bermúdez. Esto probablemente ocurra a inicios del año próximo.

Además de él, la científica de origen español Omaira González Martín, del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica (IRyA) de la UNAM, también buscará analizar los agujeros negros centrales de galaxias mediante observaciones del James Webb.

Los misterios del pasado y el futuro revelados por el telescopio

Nombrado en honor a quien dirigió el desarrollo del programa Apolo de la NASA en los años 60, el Telescopio Espacial James Webb fue creado para estudiar todo eso que subyace en el firmamento por encima de nuestras insignificantes cabezas.

“Todo: el espacio, el tiempo, la materia; la historia del universo”, enfatizó la astrónoma y divulgadora Julieta Fierro ante el auditorio reunido en el Domo de Inmersión Digital del Planetario Luis Enrique Erro del IPN, el pasado 14 de julio.

Ese universo que vino de la nada -aun de los grandes misterios por descifrar-, del vacío, con una explosiva liberación de energía que se hizo materia, y después se enfrió lo suficiente para que los átomos crearan nubes, y de éstas surgieran estrellas, galaxias y finalmente planetas. “Y ahora estamos aquí pensando en esto”, remataría Fierro, siempre carismática.

Este mismo universo cuyos primerísimos instantes -una cantidad considerable de años, en realidad- resultan imposibles de ver, sin importar la potencia del James Webb, pues en ese entonces todo era opaco.

“El universo estaba ionizado; vamos a pensar en un tubo fluorescente donde uno ve la luz, pero no puede ver a través”, ilustra en entrevista telefónica el físico y doctor en astronomía Luis Felipe Rodríguez Jorge.

“Pero vamos a poder ver qué pasó después de esa época en la que se produjo la famosa radiación cósmica de fondo (la luz más antigua del cosmos)”, añade el científico, quien concuerda en lo significativo de que los primeros resultados del JWST fueran difundidos desde la Casa Blanca y por el Presidente Joe Biden.

“Es una indicación de que este Gobierno (de Estados Unidos), con Biden a la cabeza, apoya a la ciencia. Y esa es muy buena noticia para los científicos, pero también para la gente. Yo me pregunto si con Trump hubiera pasado esto; quizá no, no sé. Pero ciertamente con Biden pasó, y qué bueno”.

Volviendo a lo que un telescopio como el James Webb observa, y tal como se ha dicho ya, las imágenes que captura y nos muestra en realidad son como una ventana a un pasado tan remoto como los años que ha tomado a la luz de los objetos celestes recorrer el universo hasta donde nos encontramos.

De ahí que sea frecuente calificar como una “máquina del tiempo” a un instrumento capaz de capturar la luz de la primera generación de galaxias del universo primitivo, y con ello mapear cómo éstas se transforman con el tiempo.

O como Fierro se refiriera a la imagen difundida sobre la Nebulosa Carina, ese “cunero de estrellas” detrás de una impresionante cortina de polvo y gas: “Esta observación es muy importante porque nos platica cómo se hacen los sistemas planetarios y cómo nacen las estrellas. Es decir, nos habla de nuestro pasado”.

No obstante, las observaciones del Webb -entre cuyos objetivos están además los exoplanetas y cualquier rastro de civilización extraterrestre– también nos dan la curiosa posibilidad de vislumbrar el futuro. Esto, por ejemplo, con imágenes como la de la nebulosa del Anillo Sur, el espectáculo final de estrellas agonizantes rodeadas de capas de gas y polvo.

“Al final de su vida, las estrellas arrojan su atmósfera al espacio y queda el puro núcleo pelón rodeado de esta envolvente refracción. Están viendo ahí el futuro del sol; dentro de 4 mil 500 millones de años, el sol se va a desprender de su atmósfera y se va a ver así. La Tierra ya va a estar desintegrada”, expuso Fierro.

Pero también está lo mostrado en la imagen del llamado Quinteto de Stefan, un grupo de galaxias en interacción, dos de ellas fusionándose, provocando la formación de nuevos cuerpos celestes.

“Y eso es justo el futuro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, que se va a fusionar con la galaxia de Andrómeda. Vienen de pico las dos, y van a construir una galaxia mucho más grande”, resaltó la astrónoma y divulgadora.

“Así es que esta imagen del Webb nos está diciendo qué le va a pasar a nuestra galaxia dentro de 5 mil millones de años: se va a fusionar con Andrómeda, se va a deformar por la gravedad y se va a hacer una galaxia mucho más grande”, refrendó. “Es decir, el Webb nos está enseñando el futuro del sol y el futuro de nuestra galaxia”.

Claro que, como suele ocurrir con los grandes proyectos científicos, parece imposible eludir la quisquillosa y malintencionada pregunta sobre la utilidad de todo esto. En especial si se tiene en cuenta que el desarrollo del James Webb requirió una inversión de alrededor de 10 mil millones de dólares, tres décadas de trabajo y la participación de las agencias espaciales de Estados Unidos, Europa y Canadá.

A lo que el doctor en física y ciencias espaciales Joel Sánchez Bermúdez revira diciendo que es un lujo poder observar hacia el pasado, “y poder darnos cuenta de cómo era nuestro universo, y cuáles han sido los procesos físicos que han ido ocurriendo hasta llegar a lo que nosotros conocemos hoy: la Tierra, el sol, todo el Sistema Solar“.

“Para nosotros es imprescindible estudiar justamente eso porque también nos da una nueva dimensión de qué es lo que somos los seres humanos como especie, de dónde venimos y también hacia dónde podemos ir”, añade, con ese pulso filosófico que parece subyacer en la labor más puramente científica.

“Y darnos cuenta de que en realidad, aunque en este momento la Tierra es nuestro único planeta, el universo es increíblemente vasto y nos invita a soñar con la posibilidad de poder en algún futuro visitar otros mundos, incluso otras galaxias“.

En un sentido acaso más práctico, Fierro alude a los beneficios que suelen derivarse del desarrollo de estas grandes empresas científicas, como históricamente ha ocurrido.

“Van a ver que al rato vamos a tener mejores paneles solares, mejores detectores de luz, mejores comunicaciones, mejores computadoras. Porque la ciencia básica produce el conocimiento, y este se debe transferir a la industria para que haya innovación. En México no se favorece esto, como saben, pero bueno”, lamentó, antes de concluir enalteciendo la “gran hazaña de la humanidad” que es el JWST.

“Así es que, ¡larga vida al Webb!”.

Instrumento excepcional

-Lanzamiento: 25 de diciembre de 2021

-Vehículo: Cohete Ariane 5

-Lugar: Puerto espacial de Kourou, Guayana Francesa

-Su espejo primario de 6.5 metros está formado por 18 piezas hexagonales de berilio bañadas en oro, que se desplegaron una vez estando en el espacio.

-Cuenta con cuatro instrumentos científicos:
*Cámara de infrarrojo cercano (NIRCam)
*Espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec)
*Instrumento del infrarrojo medio (MIRI)
*Espectrógrafo de infrarrojo cercano y sin hendidura (NIRISS).

-Estos espectrógrafos permiten descomponer la luz en distintas longitudes de onda para determinar las propiedades físicas y químicas de las distintas formas de materia cósmica.

-Parte de sus instrumentos operan a menos 234 grados Centígrados mediante un sistema de refrigeración pasiva.

-Está situado a 1.5 millones de kilómetros de distancia, en una región llamada el Punto de Lagrange 2, o L2. Ahí las condiciones gravitacionales le permiten estar alineado con la Tierra mientras gira alrededor del Sol.

-La NASA estima que puede tener una vida de 20 años.

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