Siete preguntas sobre el colosal ojo dorado que observará el universo James Webb

Los efectos del último huracán en Houston no han alterado las pruebas a las que se está sometiendo al telescopio James Webb (JWST) en el Johnson Space Center de la NASA, donde permanece aislado en una cámara criogénica esperando la cuenta atrás. A este observatorio, sucesor del Hubble, le quedan solo dos años para despegar. Su lanzamiento, previsto para 2019, inaugurará una nueva época.

¿Qué misiones le esperan a James Webb? ¿Cómo se ha construido este coloso de la ingeniería espacial? ¿Cuánto ha costado? Tres científicas de la Agencia Espacial Europea (ESA) y un investigador del CSIC nos han resuelto estas y otras preguntas en el Centro Europeo de Astronomía Espacial que tiene la ESA en la localidad madrileña de Villanueva de la Cañada.

Ellas son Catarina Alves, Macarena García y Elena Puga, que calibran algunos de los instrumentos del JWST en el Instituto de Ciencia sobre Telescopios Espaciales de la NASA en Baltimore (EE UU); y él, uno de los futuros usuarios del telescopio, Javier R. Goicoechea, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC).

¿Quién fabrica el telescopio James Webb?

Es una iniciativa conjunta de la NASA, la ESA y la Agencia Espacial Canadiense (CSA), que colaboran en este proyecto desde 1996. Hasta 2002 se conocía como Next Generation Space Telescope, pero ese año fue renombrado en honor de James Edwin Webb, segundo administrador de la NASA y gran impulsor del programa Apolo.

El presupuesto global del telescopio James Webb ronda los 10.000 millones de dólares, de los que 8.800 los aporta la NASA y unos 600 millones de euros la ESA.

¿Cuál es su misión?

Comprender cómo se pasó desde las estructuras primordiales del universo a la existencia de planetas con capacidad para albergar vida. En concreto, la observación de la luz infrarroja que llega desde las primeras galaxias, de las estrellas y otras galaxias en formación, así como de los sistemas protoplanetarios. También analizará sistemas planetarios consolidados y exoplanetas, en los que podría detectar biomarcadores en sus atmósferas.

La comunidad científica ya ha planteado gran número de propuestas iniciales para acceder a los datos del JWST. El factor de presión para conseguir la información que facilita este telescopio es muy alto, probablemente, el más alto de la historia, según los expertos.

¿En qué se diferencia del Hubble?

Comparación del espejo segmentado del James Webb y el del Hubble. / NASA/Bobarino

En dos aspectos fundamentales: su enorme tamaño y en que opera en el infrarrojo. El escudo solar del James Webb es tan grande como una pista de tenis y su espejo de 6,5 metros de diámetro presenta un área de 25 m², siete veces mayor que la del Hubble.

Por su parte, trabajar con longitud de onda infrarroja permite ‘viajar en el tiempo’ y observar objetos muy lejanos y de pequeño tamaño. Por ejemplo, el Hubble, que trabaja en luz visible, capta difusos discos protoplanetarios en nubes de gas, pero los instrumentos infrarrojos y grandes espejos del JWST permitirán adentrarse en el interior de esos discos y analizar el origen de los planetas.

¿Qué componentes tiene?

El conjunto se asienta en una aeronave o spacecraft sobre la que está el gigantesco escudo solar o parasol, dividido en cinco capas, que lo protegen del calor y la luz que llegan desde el Sol y la Tierra.

Encima se sitúa el telescopio en sí mismo, formado por el espejo primario de 6,5 m con 18 piezas hexagonales. Está fabricado de berilio revestido de oro, un metal precioso que favorece la detección de la débil luz infrarroja.

Justo detrás del espejo segmentado se ha montado un módulo científico con cuatro instrumentos. Tres operan en el infrarrojo cercano: NIRCam (de la NASA), NIRSpec (de fabricación enteramente europea) y NIRISS (canadiense); y uno en el infrarrojo medio: MIRI (construido al 50% entre la NASA y la ESA). Un espejo secundario reflejará la luz del primario en los instrumentos. Además la nave cuenta con otros elementos, como antenas, estabilizadores y un sensor de guiado fino (FGS) para orientarse con enorme precisión.

¿Cuál es su estado actual?

Tras una serie de pruebas en el centro Goddard de la NASA, en Maryland, el telescopio y el módulo científico (que en conjunto se llaman OTIS, Optical Telescope Elementa and Integrated Science) llegaron el pasado mes de junio al Johnson Space Center de Houston (Texas).

Allí, lejos del caluroso verano y el huracán Harvey que ha azotado el estado, OTIS se ha introducido desplegado en una cámara criogénica para simular las gélidas condiciones en las que operará en el espacio, a -223 °C. Esta campaña está terminando, y actualmente se desarrolla la lenta fase de calentamiento.

En paralelo, el conglomerado empresarial Northrop-Grumman está uniendo el spacecraft y el escudo solar en sus instalaciones de Redondo Beach (California). Aquí se llevará a cabo en 2018 la integración final de todo el observatorio, que luego viajará en barco para su lanzamiento desde el Puerto Espacial Europeo de Kourou, en la Guayana Francesa.

¿Cuándo se va a lanzar?

En principio estaba previsto que fuera en octubre de 2018, pero se ha retrasado al menos seis meses: a la primavera de 2019, con una ventana de lanzamiento entre marzo y junio. La demora se debe a que la integración de los distintos elementos va a tomar más tiempo del previsto, pero no a ningún problema técnico o de hardware, según los responsables de la NASA.

Del lanzamiento se encarga la ESA, que aportará un cohete Ariane 5 ECA. Uno de los desafíos técnicos será introducir el enorme telescopio de 6,5 m y su parasol, aún más grande, en un cohete de 5 m de diámetro. De forma similar a ‘meter un barco en una botella’, el JWST se lanzará plegado para luego abrirse muy despacio en el espacio durante las tres primeras semanas de viaje.

¿Dónde va a operar el JWST?

Orbitará alrededor del punto de Lagrange L2, un lugar óptimo del sistema Sol-Tierra donde estabilizar y colocar este tipo de observatorios. Ese punto se localiza a 1,5 millones de kilómetros, una distancia lo suficientemente grande (por comparar, la Luna está a unos 384.000 km) como para que, si alguna vez se estropea el telescopio, no puedan ir a repararlo los astronautas (como sí hicieron con el Hubble).

En aquel lejano y frío punto L2 el telescopio James webb escudriñará el universo al menos durante cinco años, pero está previsto que pueda funcionar otros cinco años más.

Más información

Diversas empresas y centros de investigación españoles forman parte del equipo que ha fabricado dos instrumentos del telescopio James Webb: la cámara y espectrógrafo para el infrarrojo medio (MIRI) y el espectrógrafo para el infrarrojo cercano (NIRSpec).

Miembros del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) y del CSIC, actualmente en el Centro de Astrobiología, han participado en MIRI. Este instrumento analizará poblaciones estelares extremadamente antiguas y distantes, regiones de intensa formación estelar ocultas tras gruesas capas de polvo, emisiones de hidrógeno procedentes de distancias impensables hasta el momento, la física de las protoestrellas, objetos del Cinturón de Kuiper, cometas tenues y planetas extrasolares.

Por su parte, las compañías Astrium CASA Espacio, Astrium CRISA e Iberespacio han intervenido, respectivamente, en la fabricación de la armadura del intrumento óptico, el software y control de instrumental electrónico, y la cubierta de montaje óptico del instrumento NIRSpec. Este obtendrá espectros de más de cien galaxias o estrellas simultáneamente y es sensible en un intervalo de longitudes de onda infrarroja que coincide con la emisión máxima de las galaxias más distantes.

Además, en el Instituto de Ciencia sobre Telescopios Espaciales de la NASA trabajan como científicas de instrumentos del James Webb las españolas Macarena García (MIRI) y Elena Puga (NIRSpec), junto a la portuguesa Catarina Alves y el resto de los quince investigadores de la ESA desplazados a ese centro. También hay que destacar los representantes nacionales que participan en este proyecto en la propia NASA, como la ingeniera gallega Begoña Vila Costas, premiada por la agencia espacial estadounidense.