Lo que verá el telescopio gigante James Webb que el Hubble no puede ver

Astrónomos como Christine Chen están encantados con el inminente lanzamiento del telescopio espacial James Webb.

El instrumento de 10 mil millones de dólares, la mitad del tamaño de un avión 737 y lleno de espejos cubiertos de oro, orbitará a 1 millón de kilómetros de la Tierra y escaneará lugares que la humanidad nunca ha visto antes. Esto incluye algunos de los primeras estrellas nacidas, las galaxias más distantes y los curiosos planetas del cosmos.

«Es realmente genial», dijo Chen, un astrónomo en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, una organización que operará el telescopio espacial James Webb, o JWST.

El tan esperado lanzamiento del instrumento está programado actualmente para el 18 de diciembre de 2021, aunque en los últimos meses el telescopio a menudo ha sido noticia por razones ajenas a sus esfuerzos científicos. La NASA nombró al notable instrumento en honor a James Webb., jefe de la NASA en la década de 1960 que supervisó la agencia en un momento en que el gobierno federal Empleados LGBTQ perseguidos y despedidos de la NASA y otros departamentos. Fue un período vergonzoso en la historia de Estados Unidos llamado «Miedo a la lavanda. «Hasta ahora, la NASA lo ha dicho mantendrá la etiqueta JWST después de no encontrar evidencia en Webb que «justifique el cambio de nombre».

JWST, originalmente apodado el «Telescopio espacial de próxima generación» en la década de 1990, se unirá al legendario telescopio espacial Hubble para capturar vistas claras del universo desde el espacio. Hubble es un tesoro científico. Durante las tres décadas que ha orbitado a 340 millas sobre la Tierra, Hubble ha proporcionado vistas brillantes y sin precedentes del cosmos, galaxias, y planetas. Sin embargo, JWST no reemplaza al antiguo Hubble. JWST es un sucesor, con capacidades diferentes y avanzadas.

Esto es lo que JWST, y finalmente usted, verá que Hubble no puede.

Ver en el profundo, profundo pasado

Los telescopios con espejos más grandes pueden ver objetos más débiles. Esto se debe a que los espejos más grandes capturan más luz. Imagina partículas de luz como pelotas de ping-pong y los espejos de un telescopio como un balde. El espejo del Hubble tiene unos dos metros y medio de diámetro, mientras que el del JWST es mucho más grande, mide más de seis metros de diámetro.

«Vas a recolectar más pelotas de ping-pong», dijo Jean Creighton, astrónomo y director del Planetario Manfred Olson de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee.

Capturar más luz es esencial para observar las primeras estrellas y galaxias que se formaron en el universo hace más de 13 mil millones de años. los el universo se expande constantemente, lo que significa que está en constante desarrollo o estiramiento desde su violenta creación (la «Big Bang»), por lo que la luz de estas antiguas partes del cosmos está muy, muy, muy lejos (miles de millones de Años luz). La luz más lejana dejó las estrellas hace miles de millones de años, por lo que observar esta luz es como mirar hacia el pasado muy profundo.

«Estamos mirando hacia atrás», dijo Chen. (Incluso cuando miramos nuestra propia estrella – con proteccion – también miramos en el pasado; esta toma más de ocho minutos para que la luz del sol llegue a la Tierra.)

«Estamos mirando hacia atrás en el tiempo».

Y veremos cosas sin precedentes.

“Vamos a ver las primeras estrellas y galaxias que se formaron”, dijo Creighton. «No podríamos hacerlo con Hubble».

La comparación de tamaño entre el espejo JWST y el espejo Hubble.
Crédito: NASA

El Hubble puede ver una luz tenue que tiene aproximadamente mil millones de años. Si todo sale según lo planeado, JWST verá una luz que tiene casi 13,7 mil millones de años, cuando las primeras estrellas y planetas comenzaron a formarse.

Descubrir

Hubble ve en gran medida la luz que los humanos pueden ver (también conocida como «luz visible»). Pero hay muchos tipos de luz que nuestros ojos no puedo ver. JWST se especializa en observar uno de ellos, llamado «infrarrojo«, que permite a los astrónomos ver muchas más estrellas y planetas.

¿Cómo? ‘O’ ¿Qué?

El universo está lleno de espesas nubes de polvo y gas parecido al humo. «Oscurece las cosas», dijo Jason Steffen, profesor asistente de física en la Universidad de Nevada, Las Vegas, que estudia los planetas fuera de nuestro sistema solar (también conocidos como exoplanetas).

«Se levanta el velo».

Pero la luz infrarroja puede deslizarse a través de espesas nubes de polvo. Infrarrojos tiene más longitudes de onda que la luz visible, por lo que las ondas de luz no están tan dispersas (y oscurecidas) por las partículas del universo. Las longitudes de onda más largas, cuyos picos y valles están muy separados entre sí, tienen menos probabilidades de colisionar con partículas en el espacio.

La comparación de imágenes a continuación, tomadas por Hubble, muestra cómo la luz infrarroja se desliza a través del polvo cósmico. Es la Nebulosa Carina, una deslumbrante nube de polvo y gas. La vista infrarroja del Hubble revela las muchas estrellas escondidas detrás del polvo.

«Se levanta el velo», dijo Creighton.

La Nebulosa Carina vista en luz visible (izquierda) e infrarroja (derecha).
Crédito: ASA / ESA / M. Livio / Equipo del 20 aniversario de Hubble (STScI)

Diferentes longitudes de onda de luz, incluidas las ondas de luz visible e infrarroja.
Crédito: NASA

Además, ver galaxias y estrellas extremadamente distantes es mucho más fácil (o en ocasiones posible) al verlas con luz infrarroja. Como se describió anteriormente, el universo se expande constantemente, y la luz que viaja a través del cosmos también se expande. «Si miras una galaxia distante, esa luz se ha extendido», explicó Steffen. Las longitudes de onda de la luz se alargan.

Es un problema. «Puede hacer que los objetos distantes sean muy oscuros (o invisibles) en longitudes de onda de luz visibles, porque esa luz nos golpea en forma de luz infrarroja». escribe la NASA. Pero las vistas infrarrojas de JWST hacen visible lo invisible.

Super-Tierras

Hay pocas cosas en el universo más emocionantes que los exoplanetas. Algunos de estos planetas conocidos, como «super-tierras«Aproximadamente de dos a diez veces el tamaño de nuestro planeta, podría contener entornos rocosos habitables, o incluso agua. JWST pasará mucho tiempo observando exoplanetas en otros sistemas estelares. (Para JWST, estos planetas aparecerán como una forma punteada, no grandiosa y planetas coloridos.)

Ya la NASA ha confirmado encontrar más de 4.500 exoplanetas en el universo. Pero con la capacidad de JWST para mirar a través de las nubes de polvo, el astrónomo Chen espera encontrar muchas más.

Un gráfico que muestra la Tierra en contraste con una concepción de la «super-Tierra» 55 Cancri e.
Crédito: NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC)

Sobre todo, JWST no se conformará con detectar la existencia de exoplanetas. Analizará sus atmósferas. El telescopio lleva un instrumento llamado espectrómetro que puede revelar de qué están hechas las partículas, dependiendo de cómo reacciona la luz con ellas. (La luz que pasa a través del vapor de agua o del oxígeno, por ejemplo, se comporta de formas bien conocidas).

Incluso un imagen espectrográfica relativamente menos emocionante puede ser considerablemente más útil para los astrónomos que una imagen brillante. “Hay mucha información”, explicó Creighton. «Ofrece mucha más información que la imagen bonita».

De particular interés para los científicos son las rocas, siete planetas conocidos que orbitan la estrella TRAPPIST-1, a unos 40 años luz (235 billones de millas) de la Tierra. Tal vez JWST descubra un planeta rocoso que tenga indicios de vida potencial en su atmósfera, como el oxígeno que respiran las algas y las plantas en nuestro aire.

Sin embargo, antes de que comience toda esta ciencia cósmica, JWST tiene un gran, si no desalentador, viaje por delante.

Después de un lanzamiento mordaz (la carga robótica es excepcionalmente valiosa), JWST debe hacer el viaje de un millón de millas al espacio. Sus estrechos espejos hexagonales deben desplegarse correctamente, y su visera para el sol del tamaño de una cancha de tenis debe ir según lo planeado. Y a diferencia del Hubble, los astronautas no pueden lanzarse al espacio y solucionar problemas potenciales con el telescopio extremadamente distante.

El lanzamiento ocupa un lugar importante en el mundo astronómico. «Todos los dedos cruzados», dijo Steffen.