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

La luz del amanecer cósmico siempre ha estado ahí bajando hacia nosotros, trayendo historias desde el mismo borde del tiempo. Y ahora, con la ayuda de 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 el frío y oscuro espacio en busca del comienzo del universo.

La historia de origen de un proyecto, considerado como 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 científicos e ingenieros brillantes a pensar en la próxima gran misión más allá del Hubble (incluso antes de que se lanzara el Hubble).

Después de 30 largos años en la mañana de Navidad de 2021, la increíble hazaña del genio de la humanidad dejó la atmósfera de la Tierra con 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 en su órbita (Crédito de la foto: Kevin Gill/Wikimedia commons)

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¿Por qué el nombre James Webb?

Cuando comenzó la lluvia de ideas inicial sobre este telescopio en 1989, se llamó NGST o Telescopio Espacial de Próxima Generación. No fue hasta agosto de 2002 que obtuvo su nombre actual, el 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 fue más que eso. Defendió el hecho de que la NASA realizó investigaciones científicas internas junto con investigaciones sobre vuelos espaciales tripulados.

No era ingeniero ni científico, sino abogado de profesión, pero 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 liderazgo, facilitó la aplicación de ciertas políticas federales que eran bastante homofóbicas. Su participación en la discriminación contra las personas LGBTQ+ de la fuerza laboral 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?

¡Pues todo! Imagínese un origami de diseño intrincado de 6,5 toneladas (en la Tierra) que pueda caber en un cohete y dispararse al espacio, y 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 ~15 veces mayor. Un área de recolección 6.5 más grande, lo que lo hace lo suficientemente potente como para captar el tenue resplandor luminoso después del Big Bang.

el ojo de oro

Si alguna vez buscó JWST o se topó accidentalmente con su imagen mientras navegaba por Internet, estoy seguro de que 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 que abarcan 6,5 metros permitirá que el JWST recolecte luz infrarroja de estrellas de galaxias muy, muy lejanas.

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

El telescopio tiene un sistema de tres espejos. El espejo primario actúa como un gran grupo de recolección de luz, 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 una imagen más nítida cuando finalmente llega a la cámara del telescopio.

¿Por qué berilio y oro?

No podían usar nuestro espejo de todos los días, que está hecho de vidrio porque no sobreviviría en el espacio por mucho tiempo y, por lo general, son bastante pesados. El equipo de JWST estaba buscando 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. Su búsqueda terminó cuando en lo profundo del corazón de la tierra protegida de Wakanda descubrieron Vibranium.

Es una broma.

De hecho, usaron 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 Be en Utah. Luego hicieron 13 paradas más en los EE. UU. para pulirlos hasta obtener un acabado de espejo y finalmente enviarlos para un revestimiento de oro.

Para recubrir todo el tramo de los espejos, solo se necesitaron 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 tiene que permanecer frío. Entonces, ¿cómo se evita que un espejo gigante capte la luz del sol y se caliente? Construyes un paraguas del tamaño de una cancha de tenis, por supuesto.

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 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 con un espacio entre cada capa que proporciona un mejor aislamiento térmico que una membrana gruesa.

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

¿De qué están hechos los parasoles?

Cada capa se compone de una película de poliimida delgada como un cabello llamada Kapton, que además se recubre 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 recibidos del sol y el resto es reflejado 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.

JWST estará estacionado en L2, amarillo es el sol y azul es la tierra (Crédito de la foto: cmglee /Wikimedia commons)

Entonces, ¿por qué pasar por todo este galimatías y enviarlo al espacio, en lugar de montarlo en la Tierra? Todo se reduce a que el JWST es un telescopio infrarrojo.

¿Por qué un telescopio infrarrojo en el espacio?

Como sabemos que el universo se está expandiendo; se está alejando mientras lees esto. Y cualquier forma de onda electromagnética que se aleje de un punto de referencia (aquí somos nosotros) sufre un corrimiento hacia el rojo. Cualquier luz del borde del tiempo se habría convertido ahora en infrarrojo debido al estiramiento.

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

Cuando se trata de brillar como una estrella, no nos quedamos atrás. Todos los humanos y la mayoría de las cosas que nos rodean brillan lo suficientemente en infrarrojo 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.

¿Desvelará 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 construyeron todo en el universo. Para leer más sobre el enriquecimiento químico, haga clic aquí.

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

La sensibilidad de JWST a la luz infrarroja media lo convierte en una excelente herramienta para buscar los ingredientes de la vida, como el agua, el dióxido de carbono y el 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. El mapeo de su composición química podría decirnos si pueden o si en algún momento sustentan la vida.

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

Conclusión

Después de 30 años de diseño, ingeniería, pensando en los peores escenarios y buscando soluciones para ellos, el telescopio espacial de 10 mil millones de dólares finalmente está allí. Miles de personas de 14 países diferentes se unieron para crear una máquina del tiempo que nos brindará una visión sin obstáculos del universo. Ir audazmente (visualmente) donde ningún ser humano ha ido antes.

Desentrañando el Universo (Crédito de la foto: Flickr)

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