Luis Colina (astrofísico): «El James Webb nos llevará más allá de la frontera de tiempo que marcó el telescopio Hubble»

Luis Colina Robledo, investigador del Centro de Astrobiología del INTA

Pasan los días y todo sigue sobre ruedas. El telescopio James Webb, una de las misiones espaciales más complejas lanzadas hasta la fecha, lleva cuatro meses ahí fuera. Las pruebas y la puesta a punto de los instrumentos continúan y cientos de investigadores de todo el planeta esperan ansiosos a que los responsables de la misión den el pistoletazo de salida. A partir de julio, se espera que todo empiece a funcionar.

Luis Colina Robledo, investigador del Centro de Astrobiología del CSIC (CAB), es uno de esos científicos que intentan no morderse las uñas mientras espera. Ha estado involucrado en el desarrollo del MIRI, uno de los cuatro instrumentos a bordo del James Webb y uno de los dos en cuyo desarrollo ha participado el CAB. En los inicios de su carrera, Colina formó parte también de la misión del Hubble. Ahora cuenta los días para que empiece a funcionar otro gran telescopio que, como aquel, se espera que revolucione la astrofísica.

– El Centro de Astrobiología ha participado en dos de los cuatro instrumentos a bordo del James Webb, el NIRSpec y el MIRI. ¿Para qué sirve cada uno?

Todos los instrumentos del Webb son de propósito múltiple. Tratarán de abarcar muchos temas de investigación dentro de la astrofísica. No es una misión con un objetivo definido y concreto. La diferencia entre los dos instrumentos en los que ha participado el CAB es el rango del espectro electromagnético que cubren.

Tres de los cuatro instrumentos del James Webb, incluyendo el NIRSpec, trabajan en el infrarrojo cercano, en longitudes de onda de hasta cinco micras. El MIRI, que es el instrumento en el que he estado involucrado, empieza a trabajar en las cinco micras y va hasta las 28. Esa franja la denominamos el infrarrojo térmico o medio.

Los cuatro instrumentos se van a utilizar para estudiar galaxias en el universo temprano, galaxias cercanas a la nuestra en detalle, los discos de materia alrededor de estrellas que dan lugar a los planetas y los exoplanetas. Además de estos cuatro temas fundamentales, hay otras cosas que pueden tener cabida a medida que surjan.

alineación de los espejos del James Webb para tomar la primera imagen

– Ha participado en el desarrollo de MIRI, un instrumento bastante único.

Si lo comparamos con otros instrumentos que han trabajado en el infrarrojo medio, MIRI es único. A nivel resolución, tenemos instrumentos similares en la Tierra, como el Gran Telescopio de Canarias. Pero a esto le sumamos las ventajas de estar fuera de la atmósfera, que absorbe y emite mucha radiación infrarroja. La atmósfera nos protege, pero también oculta una parte importante de la radiación que nos llega. Además, sus componentes también emiten radiación.

Cuando te vas al espacio, esta absorción de radiación y este ruido de fondo inmenso desaparecen. Muchos satélites de observación del infrarrojo medio se han aprovechado antes de esta ventaja, pero nunca han tenido la resolución del James Webb. Por resumir, con MIRI tendremos en el espacio un instrumento con una resolución que hasta ahora solo hemos tenido en la Tierra, 100 veces más potente que el anterior satélite del infrarrojo cercano.

«Vamos a poder detectar objetos que están mucho más alejados que cualquiera que hayamos visto antes».

– ¿Cómo va a cambiar la forma en que observamos el Universo?

Se nos abre un inmenso espacio de observación. Vamos a poder detectar objetos que están mucho más alejados que cualquiera que hayamos visto antes o que son muy débiles. Todo esto, con una nitidez muy elevada. La ventana que se abre es única.

– El MIRI ha pasado por un largo proceso de enfriamiento desde el lanzamiento del James Webb. ¿Por qué tiene que estar tan frío?

Acaba de alcanzar justo la temperatura de operación. El telescopio en su conjunto debe estar un poco por debajo de los 40 grados Kelvin. Es decir, 40 grados por encima del cero absoluto o -230º Celsius. El MIRI tiene que estar todavía un poco más frío, a unos seis grados Kelvin. El porqué tiene que ver con la necesidad de evitar cualquier radiación que pueda afectar a los detectores del telescopio, que son muy sensibles.

En el caso de MIRI, la restricción de temperatura es aún mayor, ya que opera en el infrarrojo térmico. Para que baje a los seis grados Kelvin y elimine todo el ruido térmico, incluido el que generan sus propios componentes electrónicos, se ha creado un sistema de refrigeración específico.

– ¿Cuándo podrán hacerse los primeros test?

En los próximos días se concluirá el proceso de enfoque y después se irá comprobando el funcionamiento de todos los instrumentos, que las medidas que toman son correctas. Todo este proceso de calibrado durará unos dos meses. Según la planificación actual, alrededor del 2 de julio se acabará el periodo de commissioning o puesta en marcha. Quedan dos meses para que se levante la bandera de salida de la investigación.

«Había muchos puntos críticos, muchas primeras veces, pero todo está yendo sobre ruedas. Es impresionante que haya funcionado todo sin problemas».

– Entonces, seguimos según lo previsto en principio. ¿Se esperan los primeros trabajos para el verano?

Todo ha ido excepcionalmente bien. Había muchos puntos críticos, muchas primeras veces, pero todo está yendo sobre ruedas. Es impresionante que haya funcionado todo sin problemas.

– Volviendo sobre los objetivos principales del James Webb, MIRI es un instrumento único para el estudio de exoplanetas. ¿Cómo nos va a ayudar?

Entre los muchos modos de operación que tiene MIRI, hay dos que están diseñados para estudiar exoplanetas. Tiene dos sistemas de coronografía que permiten ocultar el brillo de una estrella y poder ver objetos poco brillantes a su alrededor, como los planetas. Se espera que con estos sistemas podamos tomar imágenes directas de exoplanetas.

Otro de los aspectos a los que contribuirá MIRI será a la detección y estudio de la atmósfera de exoplanetas que ya han sido detectados por otras misiones. Aprovechando el tránsito de un exoplaneta por delante de su estrella, desde el punto de vista del James Webb, MIRI puede obtener el espectro de la luz de la estrella parcialmente absorbida por la atmósfera del planeta. Así, podemos identificar las moléculas que hay allí: ozono, monóxido o dióxido de carbono, amoniaco…

tránsito de un exoplaneta, uno de los objetivos de observación del instrumento desarrollado por Luis Colina Robledo

– Observando la atmósfera, ¿nos ayudará a encontrar nuevas pistas sobre la vida fuera de nuestro planeta?

Paso a paso [risas]. Los objetivos no son tan ambiciosos. Lo que se busca es conocer mejor los exoplanetas y sus atmósferas. La mayoría de planetas que hemos descubierto fuera del sistema solar se parecen más bien poco a nuestros vecinos. Podemos esperar que haya sorpresas, pero de ahí a especular sobre si encontraremos o no señales de vida, hay un mundo. No soy químico, ni experto en exoplanetas, pero la detección indirecta de vida siempre da lugar a mucho debate. El objetivo, por ahora, es detectar y caracterizar las atmósferas de estos planetas.

– Y luego, ya veremos.

Eso, eso, luego, ya veremos.

«Esperamos conocer más sobre lo que sabemos que desconocemos y descubrir cosas que ni sabemos que desconocemos».

– El James Webb y MIRI también servirán para investigar la formación y evolución de las galaxias, campo en el que sí es experto. ¿Qué esperan que aporte en este sentido?

Esperamos conocer más sobre lo que sabemos que desconocemos y descubrir cosas que ni sabemos que desconocemos. Es decir, vamos a estudiar cosas que no tenemos claras con la esperanza de descubrir cosas que nadie se espera. El James Webb nos ayudará a entender qué pasó en las primeras etapas del universo. Unos 500 millones de años después del Big Bang, el universo pasó de ser neutro a estar ionizado, como ahora. Este cambio está asociado a la formación de las primeras estrellas y las primeras galaxias.

Las estrellas emiten mucha luz. Las más masivas emiten fotones en el rango ultravioleta y esta radiación tiene la propiedad de romper átomos como el de hidrógeno. Esto es responsable de esa ionización y es lo que sabemos hasta ahora. Pero, ¿cómo se produjo y cómo está relacionado con la formación de la materia, de las primeras estrellas y de las primeras galaxias? No lo sabemos. Con el Hubble hemos visto la parte final de esta etapa. Con el James Webb podremos ver sus inicios.

Es una etapa también asociada a la formación de los primeros agujeros negros. Sabemos que en aquel tiempo se formaron agujeros negros muy masivos, 100 veces más masivos que el agujero negro que está en el centro de nuestra galaxia. Sabemos que son similares a los que existen hoy, pero no sabemos cómo se formaron en una edad tan temprana del universo.

pruebas y calibraciones de todos los instrumentos del James Webb

– ¿Cuán atrás en el tiempo nos permitirá ver el James Webb?

Hasta unos 400 o 500 millones después del inicio del universo, que tiene unos 14 000 millones de años de edad. Si llegamos a ver el límite inicial de esta fase de ionización, podremos ver toda la evolución del universo hasta nuestros días. Es como si pudiésemos analizar la edad de una persona desde que tiene tres o cuatro años hasta su vejez. La evolución del universo desde su infancia hasta su madurez.

– ¿Cómo es posible ver tan atrás en el tiempo?

El telescopio Hubble se ha apurado al máximo. Nos ha permitido ver hasta un universo joven, de 1000 millones de años de edad. El Webb nos llevará más allá de esa frontera, otros 500 o 600 millones de años más atrás. Esto lo consigue gracias a la sensibilidad de sus instrumentos y la resolución del telescopio. En observación astronómica, esto significa poder ver objetos que están muy lejos en el espacio u objetos que son muy débiles. Y cuando más lejos en el espacio, más atrás en el tiempo.

– Por seguir comparándolo con el Hubble, ¿cómo va a aumentar el James Webb nuestra capacidad de observación?

Es complicado hacer el cálculo, depende de las cosas que se comparen. Si analizamos el volumen de datos de observación, el James Webb va a multiplicar por mucho la capacidad del Hubble. No sé el dato exacto, pero fácilmente se multiplicará por un factor de 100. Los detectores del Webb son más grandes y con más píxeles y las lecturas de esos sensores son mucho más rápidas. Además, pueden funcionar varios instrumentos en paralelo.

«Es un privilegio haber participado en un proyecto de esta envergadura, algo que va a ser histórico y va a revolucionar la astrofísica».

– Cuando todo empiece a funcionar, ¿formará parte de algún equipo de observación?

Los equipos que hemos desarrollado los instrumentos tenemos un tiempo garantizado para usar el telescopio. Yo coordino, dentro de MIRI, el grupo que estudia las galaxias primigenias, su formación y su evolución. Es un equipo internacional de 35 investigadores que está coordinado desde el Centro de Astrobiología. Y participamos también en otros grupos de estudio de las galaxias cercanas y de exoplanetas y discos protoplanetarios.

– Hace más de 20 años que el NIRSpec y el MIRI empezaron a desarrollarse. Son el resultado de la labor de muchos investigadores de todo el mundo. ¿Qué se siente al saber que todo ese trabajo está ya ahí fuera?

Una alegría infinita. Aunque todavía estamos esperando con bastante ansiedad la llegada de los primeros datos y ver así si se cumplen todas las expectativas. Es una gran satisfacción y un privilegio haber participado en un proyecto de esta envergadura, algo que va a ser histórico y va a revolucionar la astrofísica. En mi caso el privilegio es doble, porque también tuve la suerte de participar en el Hubble. Me queda poco tiempo en activo, así que espero disfrutarlo y darle el paso a las nuevas generaciones.

– Es una de las misiones más complicadas que se han lanzado hasta la fecha, sino la que más. ¿Todavía no podemos celebrar que todo ha salido bien?

Todavía no. Como se suele decir, hasta el rabo todo es toro. Hay que esperar hasta el final de la puesta en marcha y de los test. Hay que ser muy cauto. Hasta ahora todo ha ido muy bien. No ha habido sorpresas y se han cumplido e incluso superado las expectativas. Pero todavía faltan dos meses por delante. Hasta ahora se probado que el observatorio funciona y que todo está bien. Lo que queda es comprobar que los instrumentos pueden funcionar con las resoluciones y el nivel de precisión esperado.

Parece que vamos en la buena dirección. No se esperan sorpresas. Este tipo de pruebas ya se han hecho en muchas ocasiones. A no ser que haya un gran imprevisto, todo debería funcionar bien. Pero hasta que los responsables de la misión no den el ‘ok’ definitivo y muestren las primeras imágenes tomadas por el telescopio, no podremos declarar el éxito total. Después llegará el momento de la investigación.

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Imágenes | Luis Colina, NASA/Allignment, Deployment, ESA/Exoplanet

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