¿Qué nos dirá el telescopio espacial James Webb sobre el universo? » Cienciahoy

La luz del amanecer cósmico del universo siempre ha estado ahí, descendiendo hacia nosotros, trayendo historias desde el mismo borde del tiempo. Ahora, con la ayuda del JWST, finalmente podemos encontrarnos.

A las 07:20 a. m. EST del 25 de diciembre de 2021, a bordo del cohete Ariane 5, el telescopio espacial James Webb despegó del corazón de un cálido bosque siempre verde hacia la fría oscuridad del espacio en busca del comienzo del universo.

La historia de origen de este proyecto, considerada la misión Apolo de esta generación, comenzó en septiembre de 1989 con un desafío. Riccardo Giacconi, entonces director del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) desafió a un grupo de brillantes científicos e ingenieros a pensar en la próxima gran misión más allá del Telescopio Hubble (¡incluso antes de su lanzamiento!).

Después de 30 largos años, en la mañana de Navidad de 2021, la increíble hazaña del genio de la humanidad dejó a la atmósfera de la Tierra con muchos trucos inesperados bajo la manga.

¿Descubrirá el Telescopio Espacial James Webb nuevos mundos? ¿Rellenar los huecos en la evolución química? Cuéntanos ¿cómo empezó la vida? ¡Antes de llegar al futuro, retrocedamos al pasado de esta MÁQUINA DEL TIEMPO GIGANTE!

Telescopio espacial James Webb

El telescopio espacial James Webb en su órbita (Crédito de la foto: Kevin Gill/Wikimedia commons)

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¿Por qué se llama James Webb?

Cuando comenzó la lluvia de ideas inicial para este telescopio en 1989, se llamó NGST o Telescopio espacial de próxima generación. No fue hasta agosto de 2002 que recibió su nombre actual: Telescopio espacial James Webb (JWST).

La NASA lo renombró en honor a su administrador durante las misiones lunares Apolo. Durante la carrera espacial de la era de la Guerra Fría, cuando aterrizar en la luna era la única misión, la visión de James Webb para la NASA trascendió eso. Defendió la creencia de que la NASA debería realizar investigaciones científicas internas, junto con la investigación de vuelos espaciales tripulados.

No era ingeniero ni científico, sino abogado de profesión; sin embargo, sus contribuciones transformaron la industria de investigación científica espacial estadounidense en los años venideros.

Sin embargo, el legado de James Webb no está exento de algunos parches oscuros. Durante su mandato como líder, facilitó la aplicación de ciertas políticas federales que eran bastante homofóbicas. Su participación en la discriminación contra las personas LGBTQ+ de la fuerza laboral todavía tiene a la comunidad científica dividida por el nombre del telescopio. La NASA está investigando este asunto actualmente para descubrir más evidencia.

¿Qué tiene de especial este telescopio?

Bueno… ¡todo! Imagínense una pieza de origami de diseño intrincado de 6,5 toneladas (en la Tierra) que pueda caber en un cohete y dispararse al espacio, luego desplegarse en el espacio y fotografiar imágenes de galaxias bebés que toman forma en la oscuridad del universo primitivo. Es un sucesor del telescopio espacial Hubble con un campo de visión que es aproximadamente unas 15 veces mayor. Un área de recolección 6,5 veces más grande lo hace lo suficientemente potente como para captar el tenue brillo luminoso del período inmediatamente posterior al Big Bang.

MEJOR FOTÓGRAFO ESPACIAL

el ojo de oro

Si alguna vez buscó JWST o se topó accidentalmente con su imagen mientras navegaba por Internet, probablemente quedó deslumbrado por el plato gigante dorado con forma de panal. Ese es el espejo principal del telescopio, que consta de 18 espejos hexagonales de berilio recubiertos de oro. Esta enorme red de espejos de 6,5 metros permitirá al JWST recoger luz infrarroja de estrellas y galaxias muy, muy lejanas.

Espejo del telescopio espacial James Webb visto en plena floración

Los espejos dorados reflectantes IR de JWST (Crédito de la foto: NASA’s /Wikimedia commons)

El telescopio tiene un sistema de 3 espejos. El espejo primario actúa como un grupo masivo de recolección de luz, y desde allí la luz rebota al espejo secundario, luego al espejo terciario y finalmente al espejo de dirección fino para la estabilización de imagen. Con cada paso, la luz se enfoca más, lo que da como resultado imágenes aún más nítidas cuando finalmente golpean la cámara del telescopio.

¿Por qué berilio y oro?

No podrían usar un espejo común como los que tenemos en la Tierra, que está hecho de vidrio, porque no sobreviviría mucho tiempo en el espacio y los materiales suelen ser bastante pesados. El equipo de JWST buscaba algo que fuera liviano, fuerte y que pudiera soportar una amplia gama de temperaturas. También tenía que ser un buen conductor del calor y la electricidad, pero no magnético, para evitar interferencias con otros componentes del telescopio.

Después de mucho buscar, decidieron usar berilio (Be), un metal gris acero que ocupa el cuarto lugar en la tabla periódica y posee todas las propiedades mencionadas anteriormente. Los espejos comenzaron su viaje en las minas de berilio de Utah. Hicieron 13 paradas más en los EE. UU., se pulieron hasta obtener un acabado de espejo y finalmente se enviaron para un recubrimiento dorado.

Recubrir todo el tramo de los espejos requirió solo 48 g de oro (del tamaño de una pelota de golf). Se depositó una capa de oro de 100 nanómetros (1/1000 del grosor del cabello) sobre los espejos utilizando un método llamado deposición de vapor. La razón detrás de recubrirlos con oro es mejorar el reflejo infrarrojo de los espejos. Para leer más sobre el oro y sus propiedades infrarrojas, haga clic aquí.

los parasoles

Para que un telescopio infrarrojo detecte la luz tenue de estrellas distantes, siempre debe permanecer frío. Pero, ¿cómo evitas que un espejo gigante capte la luz del sol y se caliente? Construyes un paraguas del tamaño de una cancha de tenis para él, obviamente.

El parasol del JWST es una estructura de 5 capas ubicada entre los paneles solares y el espejo principal, que crea una barrera entre los componentes que buscan el sol y los que necesitan esconderse de él. El protector solar no solo brinda protección solar SPF 1 millón, sino que también enfría el lado del espejo del telescopio a -223 ⁰C. Esto es posible gracias a la estructura de 5 capas, específicamente los espacios entre cada capa, que proporcionan un mejor aislamiento térmico que una sola membrana gruesa.

el parasol de 5 capas

el parasol de 5 capas (Crédito de la foto: Flickr)

¿De qué están hechos los parasoles?

Cada capa está hecha de una película de poliimida delgada como un cabello llamada Kapton, que además está recubierta con silicio dopado y aluminio. El silicio dopado impide que la luz del sol llegue a los instrumentos sensibles al infrarrojo debajo del parasol. Emite la mayor parte de la luz y el calor que recibe del sol, mientras que el resto de la luz solar es reflejada por el revestimiento de aluminio altamente reflectante.

Además, estos revestimientos eléctricamente conductores mantienen el parasol conectado a tierra y evitan la acumulación de electricidad estática.

Mientras navega alrededor de su hogar L2, un punto Lagrangiano a 1,5 millones de kilómetros de nosotros, el parasol podría encontrar algunas rocas espaciales voladoras que podrían iniciar un desgarro en las capas. Para evitar que un pequeño desgarro se convierta en un gran agujero, las capas de Kapton tienen “paradas de desgarro” cada 6 pies, creadas por un proceso llamado Unión térmica por puntos.

Puntos lagrangianos equipotenciales

El JWST estará estacionado en L2; la esfera amarilla es el sol y la esfera azul es la Tierra (Crédito de la foto: cmglee /Wikimedia commons)

Si bien todo eso es muy interesante, ¿por qué pasar por todo este galimatías y enviarlo al espacio, en lugar de simplemente montarlo en la Tierra? La respuesta a todo esto se reduce a que el JWST es un telescopio infrarrojo.

¿Por qué es importante un telescopio infrarrojo en el espacio?

Como sabemos, el universo se está expandiendo; se está alejando incluso mientras lees esto. Cualquier forma de onda electromagnética que se aleje de un punto de referencia (en este caso, nosotros) sufre un desplazamiento hacia el rojo. Cualquier luz del borde del tiempo ya se habría convertido en infrarrojo, debido al estiramiento.

A diferencia de la luz visible, debido a sus longitudes de onda más largas, el infrarrojo no rebota fácilmente y puede penetrar fácilmente a través de las nubes de polvo, brindándonos una visión clara de las guarderías estelares distantes. Los sensores infrarrojos también facilitan la detección de estrellas jóvenes que no son lo suficientemente calientes o brillantes para emitir luz visible, ¡pero sí emiten luz infrarroja!

LUZ DEL UNIVERSO TEMPRANO meme

Cuando se trata de brillar como una estrella, tenemos más en común con los cuerpos celestes de lo que piensas. Todos los humanos y la mayoría de las cosas que nos rodean brillan lo suficientemente con infrarrojos como para interferir con el telescopio.

Por lo tanto, buscar objetos celestes con un telescopio infrarrojo terrestre sería como buscar una luciérnaga en un día soleado.

Para obtener más información sobre la luz infrarroja, haga clic aquí.

¿El JWST desentrañará más química cósmica?

Los científicos ahora podrán completar el rompecabezas que es el enriquecimiento químico del universo. Permitirá la detección de firmas químicas de galaxias formadas hace miles de millones de años y compararlas con sistemas más nuevos.

Esto nos dará la velocidad a la que el hidrógeno y el helio se fusionaron lentamente para formar elementos más pesados ​​y gradualmente construyeron todo en el universo. Para leer más sobre el enriquecimiento químico, haga clic aquí.

Espacio químico

(Crédito de la foto: Mahendra awale/Wikimedia commons)

La sensibilidad del JWST a la luz infrarroja media lo convierte en una excelente herramienta para buscar los ingredientes clave de la vida, a saber, agua, dióxido de carbono y metano. El poderoso ojo del telescopio puede medir los espectros de emisión de las moléculas de los discos protoplanetarios y las atmósferas que rodean a los exoplanetas similares a la Tierra. Mapear su composición química podría decirnos si pueden albergar vida, ¡o si lo hicieron en algún momento en el pasado!

Las expediciones químicas del JWST podrían descubrir pistas sobre nuestro origen en la Tierra y el potencial de vida extraterrestre.

Conclusión

Después de 30 años de diseño, ingeniería, identificación de los peores escenarios y soluciones para ellos, el telescopio espacial de $ 10 mil millones finalmente está en órbita. Miles de personas de 14 países diferentes se unieron para crear una máquina del tiempo que nos brindará una visión sin obstáculos del universo. Es posible que aún no tengamos teletransportación, ¡pero vamos audazmente (visualmente) a donde ningún humano ha ido nunca antes!

Desentrañando el Universo

Desentrañando el Universo (Crédito de la foto: Flickr)

En cuanto a la pregunta de qué podemos ver realmente usando el JWST, al Dr. John Mather, científico principal del proyecto JWST, le gusta expresarlo de esta manera: “Estamos muy lejos de poder predecir lo que podemos ver hasta que vemos eso. Cualquier cosa puede pasar…”

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