Cuando el inmenso sonido del cohete Ariane 5 retumbe en el puerto espacial europeo en la Guayana Francesa, marcará el final de un viaje que lleva décadas en proceso. En lo alto del cohete estará el Telescopio Espacial James Webb (JWST), el observatorio más sofisticado y complejo jamás construido. Un enorme espejo de 6,5 metros de diámetro, que consta de 18 segmentos chapados en oro, se doblará delicadamente para que quepa dentro del cono de la nariz.
Ese precioso cargamento lleva las esperanzas y los sueños de miles de ingenieros y científicos como nosotros que hemos trabajado durante tanto tiempo para hacer realidad este observatorio. Sin duda, todos estaremos conteniendo la respiración.
Si todo va bien, la humanidad tendrá una nueva mirada en el cosmos, con capacidades que superan con creces todo lo que ha existido antes. El telescopio accederá a reinos que antes se nos habían ocultado, por ser demasiado distantes, demasiado fríos o demasiado débiles incluso para el venerable telescopio espacial Hubble.
Como la luz de las estrellas más antiguas se ha extendido por la expansión del universo durante 13 mil millones de años, necesitamos instrumentos que funcionen con luz infrarroja, que podemos sentir como calor, para observar esta época misteriosa de la historia cósmica. JWST es tan sensible que teóricamente podría detectar la firma de calor de un abejorro a la distancia de la luna.
Estamos al borde de nuevos descubrimientos sobre los orígenes de nuestro universo y nuestro lugar dentro de él: conocimientos que llenarán las páginas de los libros de texto del mañana.
Pero antes de que eso suceda, enfrentamos una agonizante espera. No solo durante el intenso lanzamiento que llevará el JWST de US $ 10 mil millones más allá del alcance de nuestras manos humanas, sino también durante los tensos meses de despliegue, prueba y transferencia a un puesto avanzado solitario, preparándose para la “primera luz” de una instalación que ha sido descrito como “la apuesta astronómica más cara de la historia”.
Ningún observatorio espacial anterior ha sido sometido a más pruebas y escrutinio que el JWST. Ha sobrevivido a cancelaciones, cambios de diseño y errores técnicos. También ha sobrevivido a problemas presupuestarios, desastres naturales como el huracán Harvey, una pandemia e incluso la amenaza de la piratería mientras viajaba desde California a la Guayana Francesa a través del Canal de Panamá.
Que resistió estas tormentas es un testimonio del equipo internacional responsable del observatorio, una asociación mundial liderada por la NASA, la Agencia Espacial Europea (Esa) y la Agencia Espacial Canadiense, pero que abarca a cientos de instituciones en todo el mundo.
El lanzamiento y más allá
Con tantos años y carreras invertidas en JWST, todos los ojos estarán puestos en ese cohete mientras despeja la torre del puerto espacial. Mientras el mundo contiene la respiración, el peligroso viaje de JWST apenas está comenzando. Durante las semanas siguientes, una impresionante variedad de mecanismos y despliegues secuenciales deben funcionar perfectamente, y cada paso agrega riesgo al proceso.
Una vez que se separa la distancia que protege el telescopio, el observatorio desplegará sus dispositivos de comunicaciones y paneles solares, y se embarcará en su viaje de 29 días hacia el “punto de Lagrange” (L2), una posición donde las fuerzas gravitacionales del sol, la Tierra, y los movimientos orbitales de una nave espacial interactúan para crear una ubicación estable, a unos 1,5 millones de kilómetros de nuestro planeta. Ariane enviará JWST directamente a esta ubicación sin orbitar la Tierra primero, pero se dispararán pequeños cohetes durante el primer día para modificar la trayectoria, y luego una quema final insertará el observatorio en órbita alrededor de L2 un mes después.
Mientras viaja a su destino, ejecutará un delicado despliegue, bailando una coreografía que lleva años preparándose. Para captar la tenue luz infrarroja de las estrellas y galaxias distantes, todo el observatorio debe estar frío para no ser cegado por su propio calor infrarrojo. Para ello, se mantiene de espaldas al sol y utiliza una enorme sombrilla, un parasol del tamaño de una pista de tenis, hecho de cinco capas de plástico delgado recubierto de aluminio reflectante y silicio dopado, resistente para resistir los golpes de enjambres de pequeños meteoritos. Este parasol será el primero en desplegarse, aproximadamente una semana después del lanzamiento.
A esto le seguirá el despliegue de los pétalos del espejo primario. Los dieciocho segmentos deben alinearse en el espacio, ajustándolos y enfocándolos para que funcionen juntos como un espejo gigante. Estos despliegues implicarán 344 pasos individuales, lo que proporcionará una espera emocionante para el equipo en la Tierra. Si algo sale mal, no podemos arreglarlo, simplemente está demasiado lejos.
Seguirán meses de pruebas, calibración, alineación y más pruebas, a medida que el telescopio se enfríe a 40K (-233 ° C). Uno de los instrumentos, conocido como MIRI, tiene que enfriarse aún más, a solo 7K (-266 ° C). Esto será posible aislándolo térmicamente del resto del observatorio con patas largas y usando un refrigerador especial de helio.
La recompensa astronómica aguarda
Unos seis meses después del lanzamiento, JWST finalmente abrirá los ojos al cosmos. Mirará hacia atrás en el tiempo, hasta unos pocos millones de años después del Big Bang para presenciar el final de la edad oscura, cuando la materia se fusionó por primera vez para formar las estrellas más simples de hidrógeno y helio. Esta era inexplorada preparó el escenario para los orígenes de las galaxias, dando forma a nuestro cosmos moderno y sembrando el universo con elementos complejos.
El telescopio también investigará las atmósferas de los planetas alrededor de otras estrellas para comprender sus orígenes y su potencial habitabilidad. Más cerca de casa, JWST dirigirá su mirada hacia los mundos de nuestro Sistema Solar y explorará los restos rocosos y helados que quedaron del nacimiento de los planetas.
Para esto es crucial el instrumento MIRI en el que trabajamos aquí en la Universidad de Leicester, uno de los cuatro que cumplirá la promesa científica de JWST. MIRI ha sido construido por una asociación transatlántica de diez países europeos más los EE. UU., Liderada conjuntamente por la profesora Gillian Wright en el Centro de Tecnología de Astronomía (ATC) del Reino Unido de STFC en Edimburgo y el profesor George Rieke en la Universidad de Arizona.
Como el único instrumento de infrarrojo medio en el conjunto de herramientas de JWST, MIRI proporcionará imágenes y espectroscopía, una técnica que descompone la luz en longitudes de onda específicas, lo que le permite identificar las firmas químicas de los objetivos astronómicos de JWST.
No hay duda de que JWST abrirá las compuertas científicas y puede conducir a descubrimientos inesperados que los visionarios de JWST ni siquiera han imaginado todavía. Estamos parados en ese umbral, esperando que este complejo observatorio finalmente pueda realizar nuestras ambiciones.
