‘James Webb’: un salto de fe al vacío

Cuando un ingeniero construye un puente o un arquitecto planea un edificio saben para qué se va a utilizar su creación: permitirán sortear un río y acercar a las personas haciendo más fácil su viaje o albergará a familias que crearán un hogar en él. Cuando un investigador que se dedica a la ciencia básica idea un experimento y los instrumentos que permitirán ejecutarlo realiza en cierta medida un salto al vacío, con la esperanza, hablar de certeza en ciencia no es adecuado, de que nos revelarán secretos de la realidad que escapaban a nuestra imaginación. Los astrofísicos o los físicos de partí...

Cuando un ingeniero construye un puente o un arquitecto planea un edificio saben para qué se va a utilizar su creación: permitirán sortear un río y acercar a las personas haciendo más fácil su viaje o albergará a familias que crearán un hogar en él. Cuando un investigador que se dedica a la ciencia básica idea un experimento y los instrumentos que permitirán ejecutarlo realiza en cierta medida un salto al vacío, con la esperanza, hablar de certeza en ciencia no es adecuado, de que nos revelarán secretos de la realidad que escapaban a nuestra imaginación. Los astrofísicos o los físicos de partículas incluso vamos más allá: ideamos instrumentos, telescopios o grandes aceleradores de partículas, y ni siquiera sabemos todos los experimentos que llevaremos a cabo, los vamos diseñando sobre la marcha. No buscamos solo respuestas, sino también esperamos poder plantearnos y aprender a formular nuevas preguntas acerca de la realidad que aún desconocemos.

Esta semana empezaremos otra vez este viaje de fe a lo desconocido con el telescopio espacial James Webb (JWST por sus siglas en inglés), que espera en la Guayana Francesa a bordo de un cohete Ariane 5 para su puesta en órbita. Con el JWST viajan sus instrumentos, dos de los cuales, llamados MIRI y NIRSpec, han sido diseñados y construidos con una importante participación de científicos e ingenieros españoles, en instituciones públicas como el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), nuestra casa, y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), dentro del Centro de Astrobiología (CAB). Varios investigadores en este centro y centenares en el mundo han esperado este momento durante los más de treinta años que han transcurrido desde que se empezó a hablar de un sustituto para el Hubble, allá por los años 90 del siglo pasado. Algunos hemos esperado algo menos, pero, aún así, es muchísimo tiempo, así que todos estamos ansiosos.

El JWST nos permitirá estudiar cosas alucinantes, contestar a preguntas básicas sobre qué es el universo, que nos mantendrán ocupados a muchos científicos del CAB y a nuevos astrofísicos españoles y de todo el mundo en las próximas décadas. Presentamos aquí brevemente algunas de esas cuestiones. Estos son solo ejemplos de lo que pensamos que aprenderemos, nos aguardan muchas más cosas que nos sorprenderán y no sabemos que descubriremos por lo que nadie puede escribir sobre ellas ahora mismo.

La primera pregunta es doble, para empezar fuerte: ¿Dónde se crean los ingredientes para la vida?, ¿cómo aparecieron o llegaron a la Tierra? El JWST, justo después de que se hagan todas las comprobaciones de sistemas, algo que durará 6 meses, allá por verano de 2022, observará varias estrellas en formación, lo que denominamos protoestrellas, en las que el material de su núcleo va poco a poco concentrándose y calentándose hasta llegar a tener las condiciones necesarias para comenzar la fusión de hidrógeno en helio. Sabemos que como parte del proceso el material que va cayendo a la protoestrella o construyendo planetas crea cristales de hielo donde se pueden formar, bombardeados por fotones muy energéticos provenientes de la protoestrella o estrellas recién nacidas cercanas, lo que se conoce como moléculas orgánicas prebióticas. ¿Qué son esas moléculas? Pues pueden ser la clave para entender cómo se pudo pasar de compuestos químicos inanimados a moléculas complejas con carbono e hidrógeno, dos de los cinco elementos más abundantes en las nubes protoestelares; los otros 3 son el helio, así como el oxígeno y el nitrógeno, también esenciales para la vida como la conocemos en la Tierra. El JWST será capaz de estudiar esos cristales de hielo, y no solo hielo de agua, sino también de otros compuestos como el metano y plagados de partículas de polvo cósmico formado por compuestos de sílice, que junto con las moléculas orgánicas son también importantes para la vida.

Segunda tanda de preguntas: ¿cómo se forman los agujeros negros más grandes que existen?, ¿influyen en la formación de las galaxias y en nuestro futuro? Actualmente pensamos que todas las galaxias tienen un agujero negro supermasivo en su centro. El problema es que los agujeros negros, por definición, no emiten luz, así que no los podemos ver directamente. Pero sí podemos ver el material que está cerca de ellos: si algo se acerca lo suficiente, una estrella o una nube de gas, se ve influenciado por su potente campo gravitatorio, se calienta y emite luz. Podemos conocer las propiedades del agujero negro por lo que come o está cerca de engullir. El problema es que para que un agujero negro crezca tiene que tener una gran cantidad de material alrededor, y las partes más externas de ese material ocultan lo que está ocurriendo cerca del agujero negro, nos impiden verlo. Pero hay una solución: estudiar el sistema por medio de luz que sea capaz de atravesar ese material opaco para la luz que ven nuestros ojos, y eso es la luz infrarroja, justo la especialidad del JWST. Así que esperamos ver cómo crece un agujero negro hasta hacerse supermasivo y analizar si en su crecimiento no solo engulle gran cantidad de material, sino que también expulsa otro que puede cambiar el medio ambiente y el entorno de galaxias completas, influyendo en su destino.

Y una última pregunta: ¿cómo se construyen las galaxias, cómo es su infancia, su juventud y su época madura, en la que ya estamos? Ahí es donde estoy más involucrado yo mismo, acompañando a otros científicos del Centro de Astrobiología, donde compartiremos nuestros hallazgos con los que se dedican a estudiar exoplanetas o el medio interestelar. En los próximos años observaremos pequeñas zonas del cielo y descubriremos decenas de miles de nuevas galaxias. Buscaremos más allá de lo que nunca hemos llegado, tomando imágenes de los confines espacio-temporales del universo, intentando encontrar el momento en el que empezaron a formarse las primeras estrellas y los primeros átomos de carbono u oxígeno de los que estamos hechos, en el conocido como amanecer cósmico. Y también estudiaremos con un detalle inigualable las distintas estructuras que componen las galaxias y que han ido formándose a lo largo del tiempo hasta dar galaxias como la nuestra, la Vía Láctea, buscando las claves para entender toda su evolución.

El 25 de diciembre se lanza el JWST. ¿Qué descubriremos con él? Seguramente veamos cosas con las que antes fantaseó un escritor o un guionista de Hollywood. JWST mirará al vacío y donde solo parece haber una estrella quizás detectará un mundo con nubes de agua, como el de Contact; donde se ralentiza el tiempo y el espacio se retuerce, como nos enseñó Interstellar, verá nubes de gas poco más grandes que el Sol cayendo en un agujero negro, quizás brillando más que un billón de estrellas; o donde no parecía haber nada de nada detectará galaxias ultra lejanas albergando las primeras estrellas que el universo creó, más grandes y fugaces de lo que podemos concebir, quizás rodeadas de materia oscura desconocida como la de Dark. Más allá de estas previsiones, los astrofísicos confiamos en que el JWST, esta nueva ventana al vacío del universo, nos sorprenderá con cosas que nunca habíamos imaginado y que seguramente ni siquiera nos serán fáciles de comprender. Esperamos lo inesperado, sabemos que la perspectiva de nuestra ignorancia nos abrumará a la vez que avanzaremos en nuestro conocimiento del cosmos.

Pablo G. Pérez González es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de un átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección la integran Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología; Patricia Sánchez Blázquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiología.

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