James Webb: una astrofísica española nos descubre este telescopio

Macarena García, astrofísica: “El James Webb nos va a abrir una ventana a un universo inexplorado”

Macarena García, astrofísica

Un parasol gigantesco para no calentarse por encima de los 220 grados Celsius negativos. Un espejo primario de 6,5 metros de diámetro recubierto de oro. 705 kilos de tecnología orbitando a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra.

Así es el James Webb, el telescopio espacial más avanzado que se haya lanzado hasta la fecha. Si todo sale bien, despegará a bordo de un cohete Ariane 5 desde el Puerto Espacial Europeo de Kourou, en la Guayana Francesa, el próximo 31 de octubre. La comunidad científica cruza los dedos. Tras años de retrasos y una inversión de casi 10 000 millones de dólares, el James Webb promete enseñarnos la infancia del universo, buscar agua en planetas lejanos y observar de cerca el centro de nuestra galaxia.

Macarena García, astrofísica del Space Telescope Science Institute ha formado parte de los equipos que han desarrollado la tecnología del nuevo telescopio espacial. En concreto, ha trabajado en el instrumento MIRI para observar el espectro infrarrojo medio en el espacio. Como miembro del equipo del James Webb, será también una de las primeras personas que pueda utilizar los datos de observación. Nos atiende desde el Space Telescope Science Institute en Baltimore, Estados Unidos.

– Vais a utilizar el telescopio espacial James Webb para estudiar el centro de nuestra galaxia. ¿Qué esperáis ver allí?

En el centro de la Vía Láctea tenemos un agujero negro supermasivo que pesa como cuatro millones de soles. Es el agujero negro supermasivo más cercano. Queremos aprovechar esa cercanía para observar en detalle las proximidades del agujero negro.

Lo vamos a observar en banda infrarroja, que nos permite mirar a través del polvo. En infrarrojo, el agujero negro apenas emite nada, se ve completamente oscuro, pero a veces se escapan fulguraciones de luz. Vamos también a obtener imágenes de las estrellas que orbitan alrededor del agujero negro e información sobre la composición química de lo que estamos observando. Es una zona muy activa, de formación estelar, y queremos saber qué está pasando.

«Vista de perfil, Centaurus A es un disco ladeado y con un centro muy activo del que salen potentes chorros de energía, jets de partículas que salen disparados a velocidades cercanas a la de la luz».

– ¿Nos ayudará a entender qué pasa más allá del horizonte de sucesos en un agujero negro?

Dentro del agujero negro no podemos observar nada. Más allá del horizonte de sucesos no tenemos la capacidad de ver. La materia y la energía, los fotones, no se escapan. Y, si los fotones no escapan del agujero negro, no los vemos. Pero sí podemos observar justo después del horizonte de sucesos, esas fulguraciones que se producen a veces, pequeños paquetes de energía que giran alrededor del agujero negro.

– También observaréis el centro de la galaxia Centaurus A. ¿En qué se diferencia al de la Vía Láctea?

La teoría más aceptada es que en el centro de cada galaxia hay un agujero negro. Centaurus A también tiene uno, pero es una galaxia muy diferente a la nuestra. La Vía Láctea es una galaxia en espiral bastante tranquila. Centaurus A es el resultado de una colisión entre dos galaxias, una elíptica y una espiral. Ambas se fusionaron a lo largo de muchos años.

Vista de perfil, Centaurus A es un disco ladeado y con un centro muy activo, del que salen potentes chorros de energía, jets de partículas que salen disparados a velocidades cercanas a la de la luz. Es una galaxia mucho más activa y mucho más energética.

Las colisiones de galaxias son procesos muy lentos, dos cuerpos cósmicos enormes que se van fusionando. Pero, al mismo tiempo, son procesos muy dramáticos en los que los elementos de cada galaxia chocan, generan nuevas estrellas y liberan mucha energía.

galaxia Centaurus A

– ¿Ese es el futuro que nos espera?

La Vía Láctea puede que se fusione con Andrómeda, la galaxia más cercana, dentro de miles de millones de años. Son procesos bastante comunes. Creemos que la mayoría de las galaxias pasan por una de estas fases en algún momento.

Centaurus A está a 13 millones de años luz, está cerca de nosotros, dentro de lo que cabe. Esto nos permitirá observarla con mucho más detalle, conocer su estructura y su funcionamiento. Y eso a su vez podremos extrapolarlo a otras galaxias y nos ayudará a poner en contexto el universo.

– El James Webb estará mucho más cerca, a ‘solo’ 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. ¿Qué retos supone esta ubicación?

El gran reto es que no vamos a poder mandar a ningún astronauta a repararlo. Cuando se lanzó el Hubble, había un fallo en los espejos y se mandó a un equipo a corregirlo. Esta posibilidad no va a existir con el James Webb, por eso ha habido un proceso tan largo de testeado. Estamos hablando del telescopio más grande y complejo que se ha lanzado nunca al espacio. Y vamos a enviarlo a un lugar que será inaccesible. Hay que estar seguro de que nada va a fallar.

Lo bueno es que la órbita en la que va a estar es muy estable. Está a 1,5 millones de kilómetros y tiene 800 000 kilómetros de grosor, como si fuese una rosquilla gigante. El James Webb solo va a necesitar pequeñas cantidades de combustible de vez en cuando para corregir la órbita. La otra gran ventaja es que está mucho más lejos de la Tierra que el Hubble, por lo que toda la radiación que refleja nuestro planeta no afectará a los instrumentos.

– Pero, si algo saliese mal, ¿se descarta por completo enviar un equipo de reparación?

La misión es de la NASA y no conozco todos los detalles. Creo que enviar astronautas está descartado por completo. Pero sí se está trabajando en la posibilidad de enviar misiones robóticas para posibles reparaciones o para llevar más combustible en el futuro.

Tenemos confianza absoluta en que va a salir bien. Tiene un sistema de redundancia para cada componente, backups que están listos por si algo falla. El objetivo es que esté en funcionamiento durante cinco años, pero estamos bastante seguros de que durará al menos 10.

la órbita del James Webb, lo explica Macarena García

– Antes hablabas del Hubble, un instrumento que nos permitió acercarnos al pasado del universo. ¿Nos permitirá el James Webb observar sus orígenes?

El Hubble nos enseñó la adolescencia del universo. El James Webb nos va a mostrar su infancia. El Hubble nos permitió ver galaxias de cuando el universo tenía 400 millones de años. El James Webb nos permitirá ver el universo cuando tenía 200 millones de años, menos de un 2% de su edad. Hemos observado rangos anteriores, como el fondo cósmico de microondas. Pero la ventana que nos abrirá el James Webb no se ha observado nunca, es un universo inexplorado.

– ¿Cómo era aquella infancia del universo?

Quién sabe. Supongo que diferente. Cuando el Hubble se lanzó, nadie se esperaba encontrar un universo joven en el que ya había galaxias antiguas y con formas exóticas. Con el James Webb, personalmente, me espero encontrar un universo muy activo, con galaxias muy nuevas y diferentes. Estamos esperando lo inesperado, la sorpresa. Estamos expectantes.

– Si viajamos más y más hacia el pasado, llega un punto en el que la radiación no se propaga de lo denso que parece ser el universo. ¿Cómo observar más allá de ese punto?

Con la tecnología que tenemos ahora, no podemos hacerlo. Los telescopios detectan fotones. En sus primeros instantes de vida, el universo era una sopa muy densa y caliente de partículas de la que nada podía escaparse. Si los fotones no escapan, no podemos observarlos. Es una frontera para los telescopios. Podemos medir que el universo se expande, sabemos que la radiación del fondo de microondas nos rodea. Sabemos que esa sopa densa está ahí, pero no podemos ver más allá.

«El James Webb nos va a permitir observar planetas como la Tierra en búsqueda de indicios de agua y carbono, una de las condiciones que se cree que podrían hacer posible que tuviese vida».

– Observar galaxias y estrellas de hace más de 13 000 millones de años es observar galaxias y estrellas muertas. ¿Cómo podemos ver algo que ya no está?

Hace miles de millones de años, una estrella emitió un fotón, y esa partícula ha estado viajando todo ese tiempo en un universo que está en expansión. Durante ese tiempo, la partícula ha ido cambiando, es cada vez más débil. Para observarla tenemos que entender cuándo se emitió y cuánto ha tardado en llegar a nosotros.

Hoy en día, si pasa algo en Madrid, yo me entero enseguida en Baltimore. Hace 200 años, tenía que salir en el periódico y el periódico tenía que llegar a Baltimore. Cuando leía la noticia, ya era vieja, pero la estaba viendo en mi presente. Con las estrellas antiguas es un poco lo mismo. Observamos mensajes del pasado.

– Aunque el James Webb no es un instrumento desarrollado para buscar planetas extrasolares, sí nos permitirá caracterizarlos mejor. ¿De qué manera podremos conocer mejor las supertierras?

Nos va a permitir observar planetas como la Tierra o algo más grandes en búsqueda de indicios de agua y carbono. Tener agua y carbono no significa que vaya a tener vida, pero es una de las condiciones que se cree que podrían hacerlo posible.

Desde el punto de vista técnico, una de las formas de observar exoplanetas desde el James Webb es observar los tránsitos planetarios. Es decir, ver cómo el planeta pasa por delante de la estrella en su órbita. Las señales captadas en el espectroscopio nos permiten saber qué elementos químicos tiene la atmósfera del planeta.

Por las características de los instrumentos, lo que vamos a observar, sobre todo, son planetas orbitando enanas blancas, estrellas más compactas y brillantes que el Sol en las que es más fácil captar los tránsitos de los planetas.

«Las primeras publicaciones científicas tardarán poco en llegar, en dos o tres meses tendremos los primeros artículos».

– ¿Qué otra información nos podrá proporcionar sobre la formación planetaria?

Los sistemas planetarios nacen de una gran nube de gas y polvo alrededor de una estrella, una nube que va colapsando y formando los planetas. Nuestro sistema solar es muy maduro, todos los planetas están formados, pero el James Webb nos va a permitir observar otros discos protoplanetarios y su composición. Nos permitirá ver el nacimiento de otros sistemas.

Podremos entender qué tiene que pasar para que se formen los planetas y para que alguno acabe siendo como la Tierra y pueda acabar albergando vida.

– El lanzamiento está previsto para el 31 de octubre. ¿Cuándo podemos esperar los primeros datos de utilidad científica?

Nada más lanzarlo empieza un periodo de medio año que se conoce como el comisionado del telescopio. Son seis meses en los que se va a alcanzar la órbita y se desplegarán el escudo solar y todos los instrumentos. Una vez está listo y se ha enfriado [la baja temperatura es necesaria para que el telescopio no interfiera con sus propios instrumentos], empiezan todos los procesos de calibrado y pruebas. Después de seis meses, esperamos empezar a desplegar ya los programas científicos. Justo entonces se presentarán ya las primeras imágenes y los primeros datos para el público.

A partir de ese momento, empezarán a llegar los datos de las observaciones, datos que son procesados automáticamente. Hay mucha expectación, la comunidad científica lleva mucho tiempo esperando por el James Webb. Así que creo que las publicaciones científicas tardarán poco en llegar, en dos o tres meses tendremos los primeros artículos.

– ¿Cómo funcionan esas ventanas de observación? Porque lo fácil es imaginarse a un científico sentado delante de un ordenador y manejando el telescopio a 1,5 millones de kilómetros.

(Risas) No, no, no. Es un sistema completamente automático. En función de cada propuesta, los investigadores calculan qué instrumentos quieren usar, durante cuánto tiempo y para qué. Estas propuestas se envían al Space Telescope Science Institute y se traducen en un lenguaje que entiende el software del telescopio. Esos datos entran en la llamada cola de observación para enviarlos y subirlos al ordenador de a bordo. Después, esos programas se ejecutan de forma automática. No hay gente vigilando constantemente el proceso, pero varias veces al día habrá conexiones para comprobar que todo está yendo bien.

– ¿Cómo se produce esta comunicación con la Tierra?

En el periodo de comisionado, en los primeros seis meses, la comunicación con el James Webb será constante. Para conseguirlo, se usará la NASA Deep Space Network, un sistema de radioantenas situadas en California (Estados Unidos), en Madrid y en Australia. Por la manera en la que están distribuidas, la órbita de la Tierra y la trayectoria del James Webb, es posible tener comunicación constante.

Una vez esté todo en marcha, los periodos de contacto se reducen. Creo que habrá una comunicación al día, aproximadamente. En esas comunicaciones se descargan los datos de observación, se envían nuevos datos y se revisa que todo haya ido bien.

– Se ha dicho que el James Webb revolucionará nuestra idea del universo. ¿En qué sentido?

En mi opinión, nos va a abrir la ventana a un universo que nunca hemos visto. Va a ser un enlace entre la radiación de fondo de microondas, los residuos del Big Bang, [el universo más antiguo que se ha podido observar] y lo que nos mostró el Hubble. Veremos las primeras galaxias, las primeras estrellas y cómo se formó el universo que conocemos hoy.

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Imágenes | ESA, NASA

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