Por qué la misión SPHEREx de la NASA creará el mapa cósmico «más colorido» jamás creado

La misión SPHEREx de la NASA no será el primer telescopio espacial que observe cientos de millones de estrellas y galaxias cuando se lance a más tardar en abril de 2025, pero será el primero en observarlas en 102 colores.

Aunque estos colores no son visibles para el ojo humano porque están en el rango infrarrojo, los científicos los usarán para aprender sobre temas que van desde la física que gobernó el universo menos de un segundo después de su nacimiento hasta los orígenes del agua en planetas como la Tierra.

«Somos la primera misión que observa todo el cielo en tantos colores», dijo el investigador principal de SPHEREx, Jamie Bock, quien trabaja conjuntamente en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y Caltech, ambos en el sur de California. «Siempre que los astrónomos observan el cielo de una manera nueva, podemos esperar descubrimientos».

SPHEREx, abreviatura de Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer, recogerá luz infrarroja, que tiene longitudes de onda ligeramente más largas que las que el ojo humano puede detectar. El telescopio utilizará una técnica llamada espectroscopia para tomar la luz de cientos de millones de estrellas y galaxias y separarla en colores individuales, de la misma manera que un prisma transforma la luz del sol en un arco iris. Esta descomposición de colores puede revelar varias propiedades de un objeto, incluyendo su composición y su distancia a la Tierra.

Estas son las tres investigaciones científicas clave que SPHEREx llevará a cabo con su colorido mapa de todo el cielo.

Orígenes cósmicos

Lo que los ojos humanos perciben como colores son longitudes de onda de luz distintas. La única diferencia entre los colores es la distancia entre las crestas de la onda de luz. Si una estrella o galaxia se está moviendo, sus ondas de luz se estiran o comprimen, cambiando los colores que parecen emitir. (Es lo mismo con las ondas sonoras, por eso el tono de la sirena de una ambulancia parece subir cuando se acerca y bajar cuando pasa). Los astrónomos pueden medir el grado en el que la luz se estira o comprime y usar eso para inferir la distancia al objeto.

SPHEREx aplicará este principio para mapear la posición de cientos de millones de galaxias en 3D. De esta manera, los científicos pueden estudiar la física de la inflación, el evento que provocó que el universo se expandiera un billón de billones de veces en menos de un segundo después del Big Bang. Esta rápida expansión amplificó pequeñas diferencias en la distribución de la materia. Debido a que estas diferencias permanecen impresas en la distribución de las galaxias en la actualidad, medir cómo se distribuyen las galaxias puede brindarles a los científicos más información sobre cómo funcionó la inflación.

Orígenes galácticos

SPHEREx también medirá el brillo colectivo creado por todas las galaxias cercanas y lejanas; en otras palabras, la cantidad total de luz emitida por las galaxias a lo largo de la historia cósmica. Los científicos han tratado de estimar esta emisión total de luz observando galaxias individuales y extrapolando a los billones de galaxias en el universo. Pero estos recuentos pueden dejar fuera algunas fuentes de luz débiles u ocultas, como galaxias demasiado pequeñas o demasiado distantes para que los telescopios las detecten fácilmente.

Con la espectroscopia, SPHEREx también puede mostrarles a los astrónomos cómo ha cambiado la emisión total de luz con el tiempo. Por ejemplo, podría revelar que las primeras generaciones de galaxias del universo produjeron más luz de lo que se creía, ya sea porque eran más abundantes o porque eran más grandes y brillantes de lo que sugieren las estimaciones actuales.

Como la luz tarda en viajar a través del espacio, vemos los objetos distantes como eran en el pasado. Y, a medida que viaja, la expansión del universo lo estira, cambiando su longitud de onda y su color. Por lo tanto, los científicos pueden usar los datos de SPHEREx para determinar qué tan lejos ha viajado la luz y en qué momento de la historia del universo se liberó.

Orígenes del agua

SPHEREx medirá la abundancia de agua congelada, dióxido de carbono y otros ingredientes esenciales para la vida tal como la conocemos a lo largo de más de 9 millones de direcciones únicas a lo largo de la galaxia, la Vía Láctea. Esta información ayudará a los científicos a comprender mejor qué tan disponibles están estas moléculas clave para la formación de planetas.

Las investigaciones indican que la mayor parte del agua en nuestra galaxia está en forma de hielo en lugar de gas, congelada en la superficie de pequeños granos de polvo. En las densas nubes donde se forman las estrellas, estos granos de polvo helado pueden convertirse en parte de planetas en formación, con el potencial de crear océanos como los de la Tierra.

La colorida vista de la misión permitirá a los científicos identificar estos materiales, porque los elementos químicos y las moléculas dejan una firma única en los colores que absorben y emiten.

Panorama general

Muchos telescopios espaciales, incluidos el Hubble y el James Webb de la NASA, pueden proporcionar espectroscopia en profundidad y alta resolución de objetos individuales o pequeñas secciones del espacio. Otros telescopios espaciales, como el Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA, que ya no está en uso, fueron diseñados para tomar imágenes de todo el cielo. SPHEREx combina estas capacidades para aplicar la espectroscopia a todo el cielo.

Al combinar las observaciones de los telescopios que apuntan a partes específicas del cielo con la vista panorámica de SPHEREx, los científicos obtendrán una perspectiva más completa y más colorida del universo.