NASA

El telescopio que verá cómo nació la luz en el universo

Todo está preparado para el lanzamiento del mayor observatorio astronómico espacial de la historia, que podrá ver las primeras estrellas del cosmos y buscar rastros de vida en planetas más allá del sistema solar

John Mather es uno de los padres intelectuales de la mayor máquina del tiempo jamás construida. En 2006, este astrofísico ganó el Nobel de Física por obtener una de las pruebas más precisas de cómo apareció el universo tras una expansión acelerada a partir de un punto diminuto: el Big Bang. Sucedió hace 13.800 millones de años y supuso el comienzo del tiempo y el espacio. “Nuestra esperanza es conseguir ver la primera luz, que apareció unos 100 millones de años después”, explica Mather a EL PAÍS en teleconferencia desde su casa en las afueras de Washington D.C. Es lo que los astrónomos conocen como “alba cósmica”. Aquella luz la emitieron las primeras estrellas de las primeras galaxias del universo. La máquina que Mather y otros astrofísicos llevan construyendo desde 1995 es el Telescopio Espacial James Webb, que será el primero capaz de ver ese amanecer que surgió hace 13.700 millones de años, cuando el universo era casi un recién nacido, y cuyo lanzamiento está previsto para la próxima Nochebuena, a la una de la tarde, hora peninsular española.

El 'Webb' tiene un enorme ojo de seis metros y medio de diámetro compuesto por 18 hexágonos bañados en una finísima capa de oro.

Lado frío

−233° C

Telescopio

óptico

Módulo de

instrumentos

científicos

Aleta de

estabilización

Espejo

primario

Panel

solar

Radiadores

Espejo

secundario

Bus o módulo

de control

Lado orientado al Sol

80° C

El 'Webb' tiene un enorme ojo de seis metros y medio de diámetro compuesto por 18 hexágonos bañados en una finísima capa de oro.

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Parasol

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El 'Webb' tiene un enorme ojo de seis metros y medio de diámetro compuesto por 18 hexágonos bañados en una finísima capa de oro.

Módulo de

instrumentos

científicos

El 'Webb' tiene un enorme ojo de seis metros y medio de diámetro compuesto por 18 hexágonos bañados en una finísima capa de oro.

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Se piensa que las primeras estrellas eran muy diferentes de las actuales. Tenían un tamaño 100 veces mayor que el Sol y estaban hechas de hidrógeno, el elemento más sencillo del universo. Emitían muchísima luz, pero vivían poco. En apenas tres millones de años explotaban y sus restos esparcidos por el cosmos engendraban nuevas generaciones de estrellas. La carne, los huesos y el resto de órganos de todos los seres humanos están hechos de elementos fabricados por estrellas que estallaron en algún tiempo y lugar del universo. Mather y el resto de científicos del James Webb buscan la luz del primer ancestro de todas esas estrellas.

Ver el primer astro del universo es un reto tecnológico espectacular. Su destello ha pasado 13.700 millones de años viajando por el espacio hasta llegar hasta nosotros. Ahora es una debilísima radiación infrarroja invisible a los ojos humanos. El equipo internacional de ingenieros y científicos que ha construido el Webb ha tenido que idear el telescopio más grande, caro y complejo de la historia para captarla.

“Este telescopio será una revolución en todos los campos de la astrofísica”, resume Luis Colina, coinvestigador principal de España en el James Webb junto a su colega Santiago Arribas. Mientras habla al teléfono se escucha el estruendo de los cazas despegando, pues el Centro de Astrobiología (CAB) donde se encuentra la mayoría de científicos de nuestro país involucrados en el proyecto está muy cerca de la base aérea de Torrejón de Ardoz, en Madrid. “La atmósfera de la Tierra absorbe la mayor parte de la luz infrarroja que llega del universo. Además, todos los cuerpos que hay en la superficie emiten radiación de este tipo, por lo que quedas cegado si observas desde tierra. Al estar en el espacio, este telescopio se quita de en medio toda esa luz tan intensa y puede ver cosas muy, muy pequeñas en el universo lejano que ni imaginábamos que estaban allí”, resalta.

Hace unos días, Pablo G. Pérez González calculaba en su ordenador cuál será la galaxia más lejana que podrá ver el James Webb en su primer año de operación. Nadie lo sabe exactamente, pero el simple hecho de captar su luz tiene implicaciones casi filosóficas. ¿Existen aún las galaxias que emitieron la primera luz del universo o desaparecieron hace millones de años y no lo sabemos porque esa información no ha llegado hasta nosotros aún? “Todo depende de qué entiendas por existir”, explica el astrónomo del CAB y miembro del proyecto. “Para nosotros esas galaxias existen en este momento del espacio-tiempo. Lo que vamos a ver es una foto de cuando nacieron, pero están en una zona del cosmos tan lejana y desconectada a la nuestra que es posible que se hayan transformado en una galaxia mucho más evolucionada o en un agujero negro”, señala.

Para saberlo habría que esperar miles de millones de años a que la luz más reciente llegue hasta nosotros. Del mismo modo, añade Pérez, “es posible que en alguna parte del universo haya alguien viendo nuestra galaxia, la Vía Láctea, tal y como era al principio, justo cuando nació, en un tiempo en el que no existía la Tierra ni los humanos”.

Este telescopio no solo será el primero en ver las galaxias —agrupaciones de millones de estrellas— más lejanas y antiguas, sino que podrá localizar cientos de ellas. Pérez forma parte del equipo que usará el telescopio para hacer el primer censo de las galaxias más lejanas. Según sus cálculos, en el primer año el Webb podrá ver galaxias nacidas unos 200 millones de años después del Big Bang. El telescopio tiene una vida útil de 10 años durante la que tal vez alcance la ansiada primera luz de la que habla Mather, emitida unos 100 millones de años después.

Nikku Madhusudhan, astrónomo de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), coordina uno de los proyectos más interesantes en el estudio de exoplanetas que se harán tras el inicio de operaciones: echarle un vistazo a K2-18b. “Es el planeta con más posibilidades de reunir condiciones aptas para la vida más allá de nuestro sistema solar”, resalta el astrónomo.

Así se descubre un nuevo planeta

1. Cuando un exoplaneta pasa delante de su estrella se produce un pequeño eclipse que disminuye la luminosidad.

Exoplaneta

Estrella

Luminosidad

Tiempo

2. ‘Webb’ también captará el “eclipse secundario” cuando el planeta se oculta detrás del astro. Estos datos permitirán saber si tiene atmósfera e identificar en ella indicios químicos de vida.

Estrella

Eclipse

secundario

Luminosidad

Eclipse

primario

Tiempo

Así se descubre un nuevo planeta

1. Cuando un exoplaneta pasa delante de su estrella se produce un pequeño eclipse que disminuye la luminosidad.

Exoplaneta

Estrella

Luminosidad

Tiempo

2. ‘Webb’ también captará el “eclipse secundario” cuando el planeta se oculta detrás del astro. Estos datos permitirán saber si tiene atmósfera e identificar en ella indicios químicos de vida.

Estrella

Eclipse

secundario

Luminosidad

Eclipse

primario

Tiempo

Así se descubre un nuevo planeta

1. Cuando un exoplaneta pasa delante de su estrella se produce un pequeño eclipse que disminuye la luminosidad.

2. ‘Webb’ también captará el “eclipse secundario” cuando el planeta se oculta detrás del astro. Estos datos permitirán saber si tiene atmósfera e identificar en ella indicios químicos de vida.

Exoplaneta

Estrella

Estrella

Eclipse

primario

Luminosidad

Luminosidad

Eclipse

secundario

Tiempo

Tiempo

Este planeta es unas tres veces más grande que la Tierra y está a unos 110 años luz. Habría que viajar un siglo y 10 años a la velocidad de la luz para llegar hasta él, algo impensable para la tecnología humana. En 2019 se detectó agua en su atmósfera, un compuesto imprescindible para la vida en la Tierra. Nadie sabe qué hay en la superficie de este mundo lejano, pero el equipo de Madhusudhan ha hecho cálculos y piensa que puede estar totalmente cubierto de agua líquida: un mundo oceánico.

El James Webb es tan sensible que podrá ver la atmósfera de este planeta. Cada compuesto químico emite un rango de luz infrarroja, así que indicará si hay agua, metano, dióxido de carbono u otros compuestos con posible origen orgánico.

K2-18b es un mundo totalmente diferente al nuestro también por el sol que orbita: una estrella enana roja, más pequeña e impredecible que la nuestra. Estos astros pueden escupir llamaradas de radiación que podrían aniquilar cualquier cosa viviente que haya en las nubes o en el hipotético océano. Madhusudhan ha calculado qué compuestos tendría que haber en la atmósfera si existiese ese océano: cianuro de hidrógeno y metanol, o alcohol de quemar, entre otros. Sus observaciones de este remoto planeta estarán terminadas a mediados de 2023, con lo que probablemente a finales de ese año se sepa si hay un océano habitable en K2-18b.

Hay otros planetas “apetitosos” a los que mirar con los nuevos ojos de este observatorio, resalta José A. Caballero, astrónomo del CAB que ha formado parte del comité que ha seleccionado los proyectos científicos del telescopio en su primer año. “Uno de los más perseguidos es 55 Cancri e, un mundo cubierto de lava a más de 2.000 grados”, explica. “También hay muchos programas para observar Trappist”, una estrella a 40 años luz donde hay un sistema solar con siete planetas terrestres.

Cuanto más viaja a través del tiempo y el espacio, la luz de los astros y galaxias se va haciendo más roja hasta que llegado un punto cae al infrarrojo. El James Webb es un telescopio especializado en captar esa longitud de onda. Desde la Tierra podría detectar la radiación térmica de un abejorro posado en la Luna. Para conseguirlo se ha tenido que inventar el mayor espejo que se ha lanzado nunca al espacio. Está compuesto por 18 hexágonos chapados en oro que juntos forman un espejo de 6,5 metros de diámetro. El oro es uno de los elementos que mejor reflejan la luz infrarroja, de ahí su uso, aunque la capa que recubre los espejos es tan fina que la cantidad total empleada es de menos de 50 gramos.

Para encajar en la cofia del cohete que lo pondrá en órbita, de tan solo 5,4 metros de diámetro, el telescopio se pliega como un origami.

Ariane 5

10,6 m

Bus

4,5 m

6,5 m

Las dos columnas laterales se doblan para el lanzamiento

Para encajar en la cofia del cohete que lo pondrá en órbita, de tan solo 5,4 metros de diámetro, el telescopio se pliega como un origami.

Ariane 5

10,6 m

Bus

4,5 m

6,5 m

Las dos columnas laterales se doblan para el lanzamiento

Para encajar en la cofia del cohete que lo pondrá en órbita, de tan solo 5,4 metros de diámetro, el telescopio se pliega como un origami

Ariane 5

Las dos columnas laterales se doblan para el lanzamiento

10,6 m

6,5 m

Bus

4,5 m

Todo en el James Webb es colosal. Se ha tardado más de un cuarto de siglo en construir y tendrá un coste de casi 9.000 millones de euros tras los continuos sobrecostes en los que ha incurrido su principal promotor, la NASA. Europa y Canadá tienen una importante participación en los cuatro instrumentos del telescopio. La participación española se ha centrado sobre todo en dos de ellos: Nirspec y Miri. Este último se terminó y entregó a la NASA en 2012. Los imprevistos, la falta de financiación y finalmente la pandemia han hecho que el lanzamiento, originalmente previsto para 2007, se haya pospuesto hasta el 24 de diciembre de 2021.

Kourou

Guayana Francesa

'Hubble'

Viaje de

30 días

Luna

Tierra

‘James

Webb’

El gráfico no

está a escala

El James Webb orbitará alrededor del Sol a una distancia de 1,5 millones de km de nuestro planeta.

Esto impedirá que, a diferencia del 'Hubble', pueda ser reparado tras su lanzamiento.

Kourou

Guayana Francesa

'Hubble'

Viaje de

30 días

Luna

Tierra

‘James

Webb’

El gráfico no

está a escala

El ‘James Webb’ orbitará alrededor del Sol a una distancia de 1,5 millones de km de nuestro planeta.

Esto impedirá que, a diferencia del 'Hubble', pueda ser reparado tras su lanzamiento.

Kourou

Guayana Francesa

El gráfico no

está a escala

'Hubble'

Viaje de

30 días

Tardará 3 días en llegar a la Luna

Luna

Tierra

‘James

Webb’

El ‘James Webb’ orbitará alrededor del Sol a una distancia de 1,5 millones de km de nuestro planeta.

Esto impedirá que, a diferencia del 'Hubble', pueda ser reparado tras su lanzamiento.

El James Webb va a permitir observar en detalle uno de los mayores cataclismos que pueden imaginarse: el choque entre dos galaxias. Es lo que ha sucedido en NGC6240. Se piensa que la mayoría de galaxias tiene en su centro un agujero negro supermasivo y los de las dos galaxias fusionadas aún no se han fundido para formar uno solo, explica Almudena Alonso-Herrero, astrónoma del CAB que trabaja con el detector de infrarrojo medio Miri, desarrollado entre Europa y EE UU.

“Este instrumento nos permite seleccionar una galaxia cercana donde haya mucho polvo, estudiar sus propiedades en detalle e incluso ver a través de él y saber qué objetos hay detrás”, explica Alonso-Herrero. Es algo que no pueden hacer los telescopios que operan con luz visible, como el Hubble. Los resultados son increíbles, como se aprecia en estas dos imágenes de la NASA.

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A la izquierda, la Nebulosa del Águila en luz visible. Lo más destacado son las grandes columnas de gas y polvo conocidas como los Pilares de la Creación. A la derecha, imagen infrarroja que permite ver las estrellas mucho más lejanas que hay detrás. NASA
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En el centro de la Nebulosa de la Quilla, la luz visible muestra una gran masa de gas y polvo que indica el nacimiento de nuevas estrellas. A la izquierda, el infrarrojo desvela una estrella recién nacida escupiendo una llamarada de materia que tiene 10 años luz de largo; unos 90 billones de kilómetros. NASA

Otro de los objetivos de Alonso-Herrero es usar el James Webb para observar algunos de los lugares más violentos de nuestro vecindario cósmico. Entre ellos están las galaxias muy activas, donde hay multitud de estrellas naciendo en la actualidad. Estos astros vomitan oleadas de partículas cargadas y al juntarse forman supervientos, comparables en esencia a un huracán pero de dimensiones inimaginables en términos terrestres. En el centro de cada galaxia hay un descomunal agujero negro que puede ser millones de veces más masivo que el Sol. Estos colosos se alimentan con gas y materia circundante y escupen potentísimas tormentas de viento que pueden estudiarse mirando el comportamiento del polvo y el gas, explica Alonso-Herrero.

Longitudes de onda de la luz

Longitudes que

ve el 'James Webb'

Ultravioleta

Visible

Infrarroja

Cercana

Lejana

Media

Longitudes que

ve el 'Hubble'

Longitudes de onda de la luz

Longitudes que

ve el 'James Webb'

Ultravioleta

Visible

Infrarroja

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Lejana

Longitudes que

ve el 'Hubble'

Longitudes de onda de la luz

Longitudes que ve el 'James Webb'

Ultravioleta

Visible

Infrarroja

Cercana

Media

Lejana

Longitudes que ve el 'Hubble'

En estos momentos el Webb descansa sobre casi 800 toneladas de pólvora e hidrógeno líquido en el interior de un cohete Ariane 5. El espejo es tan grande que ha habido que idear una forma de plegarlo sobre sí mismo para entrar en la cofia superior del artefacto. Tras el despegue desde el puerto espacial europeo en la Guayana Francesa, el Webb viajará un millón y medio de kilómetros hasta el punto de Lagrange 2. En este lugar podrá permanecer alineado con la Tierra a medida que esta orbita el Sol. Hay una desventaja: estará tan lejos que será imposible ir a repararlo como se hizo con el Hubble. La secuencia de despliegue y puesta en funcionamiento de este telescopio es la más compleja de la historia y hay unas 300 maniobras que podrían fallar echando al traste la misión, según la NASA.

El telescopio llegará a su destino un mes después del despegue. Los astrónomos esperan que en febrero pueda abrir los ojos y captar su “primera luz”. Las primeras observaciones científicas están previstas para mayo o junio y después empezarán los diferentes proyectos científicos seleccionados para el primer año, incluyendo en los que participan los astrónomos consultados.

Puntos de Lagrange

L3

Sol

L5

L4

L1

Luna

L2

El 'James Web' girará alrededor del segundo punto de Lagrange

El gráfico no está a escala

Puntos de Lagrange

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El 'James Web' girará alrededor del segundo punto de Lagrange

El gráfico no está a escala

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El 'James Web' girará alrededor del segundo punto de Lagrange

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150.000.000 km

L5

El gráfico no está a escala

“De todas las grandes preguntas que este instrumento puede responder, la más importante es la que no nos esperamos”, dice Mather. “Es lo mismo que sucedió con el telescopio espacial Hubble. La gente no esperaba que hubiese un agujero negro en el centro de nuestra galaxia y ahora sabemos que hay uno en todas gracias a él. No creíamos que fuese posible ver planetas orbitando otras estrellas, pero el Hubble tomó fotos de ellos y pudo estudiar sus atmósferas. Va a haber muchas sorpresas. Yo las espero sobre todo del universo temprano, que es aún muy desconocido. No lo hemos podido ver hasta ahora y es muy posible que la naturaleza nos esté ocultando algo”, resalta.

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