¿Está Webb en su temperatura final?


El instrumento de infrarrojo medio (MIRI) del telescopio espacial James Webb de la NASA ahora se enfría mediante un enfriador criogénico de helio gaseoso a menos de 7 Kelvin. Con el enfriador en su estado final, el equipo de Webb está operando el instrumento MIRI esta semana como parte de la séptima y última etapa de la alineación del telescopio. Cuando el instrumento está en funcionamiento, los detectores y la electrónica producen calor, que es equilibrado por el enfriador criogénico para mantener MIRI a una temperatura de funcionamiento estable y muy fría. Los instrumentos de infrarrojo cercano también se calientan durante las operaciones y tienen que disipar calor, aunque para estos instrumentos esto se hace con enfriamiento pasivo; el calor de los detectores y la electrónica se irradia al espacio profundo.

Diagrama de ingeniería MIRI. Crédito: NASA

Ahora que los instrumentos están a sus temperaturas de funcionamiento, los espejos del telescopio también continuarán enfriándose hasta sus temperaturas finales, pero aún no han llegado a ese punto. Los segmentos del espejo primario y el espejo secundario están hechos de berilio (recubierto de oro). A temperaturas criogénicas, el berilio tiene una constante de tiempo térmica larga, lo que significa que tarda mucho tiempo en enfriarse o calentarse. Los segmentos del espejo primario aún se están enfriando, muy lentamente.

El espejo secundario, que cuelga del extremo de su estructura de soporte lejos de cualquier fuente de calor, es el espejo más frío, actualmente a 29,4 Kelvin. Los 18 segmentos del espejo primario varían en temperatura de 34,4 Kelvin a 54,5 Kelvin. Una ventaja de los espejos de berilio es que no cambian de forma con la temperatura como lo harían los espejos de vidrio a estas temperaturas, por lo que el rango de temperatura no afecta el proceso de alineación del telescopio.

Actualmente, cuatro de los 18 segmentos del espejo están por encima de los 50 Kelvin: 52,6, 54,2, 54,4 y 54,5. Estos cuatro segmentos de espejo emiten algo de luz infrarroja media que llega a los detectores MIRI. Dado que todas las temperaturas de los espejos ahora están por debajo de los 55 Kelvin, se espera que MIRI sea lo suficientemente sensible para realizar su ciencia planificada, pero cualquier enfriamiento adicional de estos espejos solo mejorará su rendimiento. El equipo de Webb espera ver que los espejos se enfríen entre 0,5 y 2 Kelvin adicionales.

Cuando apuntamos el telescopio a un objetivo astronómico, el telescopio y el parasol se mueven juntos. El ángulo que presenta el parasol con respecto al Sol se denomina «actitud» de orientación. La pequeña cantidad de calor residual que pasa a través del parasol de cinco capas hacia el espejo principal depende de esta actitud, y dado que las temperaturas del segmento del espejo cambian muy lentamente, sus temperaturas dependen de la actitud promediada durante varios días.

Durante la puesta en marcha, Webb actualmente pasa la mayor parte de su tiempo apuntando a los polos de la eclíptica, lo cual es una actitud comparativamente atractiva. Durante las operaciones científicas, a partir de este verano, el telescopio tendrá una distribución mucho más uniforme de puntos sobre el cielo. Se espera que la entrada térmica promedio a los segmentos de espejo más cálidos disminuya un poco y los espejos se enfríen un poco más.

Más adelante en la puesta en servicio, planeamos probar la dependencia térmica de los espejos con la actitud. Apuntaremos a Webb en una actitud caliente durante varios días, y apuntaremos a Webb en una actitud fría durante varios días, en un proceso llamado cambio térmico. Esto nos informará cuánto tardan los espejos en enfriarse o calentarse cuando el observatorio está en estas posiciones durante un período de tiempo determinado.

¿Está Webb en su temperatura final? La respuesta es: ¡casi!

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