El Telescopio Espacial James Webb

Un nuevo telescopio para revelar los misterios del Universo: El James Webb

El pasado 25 de diciembre pasará a la historia como el día en que uno de los instrumentos de observación más avanzados jamás construido, el Telescopio Espacial James. Este nuevo aliado de los científicos ayudará a comprender aún más nuestro universo, llegando incluso a ver donde otros nunca antes han podido y seguramente dejándonos cualquier cantidad de hallazgos y nuevas teoría del cosmos.  El Telescopio Espacial James Webb fue lanzado la mañana de Navidad a las 12:20 UTC en la bahía de carga del coloso cohete europeo un Ariane 5 desde la plataforma de lanzamiento ELA3 del Centro Espacial de la Guayana (Europe Spaceport). 

El lunes 24 de enero de 2022 a las 2 pm EST, Webb encendió sus propulsores a bordo durante casi cinco minutos (297 segundos) para completar la corrección final del rumbo posterior al lanzamiento de la trayectoria de Webb. Esta quemadura de corrección a mitad de camino insertó a Webb hacia su órbita final alrededor del segundo punto de Lagrange Sol-Tierra, o L2 , a casi 1 millón de millas de distancia de la Tierra.

La quema final a mitad de camino agregó solo alrededor de 3,6 millas por hora (1,6 metros por segundo), un simple paso de caminata, a la velocidad de Webb, que fue todo lo que se necesitó para enviarlo a su órbita de "halo" preferida alrededor del punto L2.

"¡Webb, bienvenido a casa!" dijo el administrador de la NASA, Bill Nelson. “Felicitaciones al equipo por todo su arduo trabajo para garantizar la llegada segura de Webb a L2 hoy. Estamos un paso más cerca de descubrir los misterios del universo. ¡Y no puedo esperar para ver las primeras vistas nuevas del universo de Webb este verano!”.

La órbita

Está le permitirá al Webb una visión amplia del cosmos en un momento dado, así como la oportunidad de que la óptica de su telescopio y los instrumentos científicos se enfríen lo suficiente como para funcionar y realizar una ciencia óptima. A diferencia de lo que se cree, el Webb no estará en órbita alrededor de la Tierra como el Hubble, sino en órbita alrededor del Sol, y de ahí el hecho que se llevará a este punto (Punto Lagrange L2).  Es desde este punto, mientras rota alrededor del Sol, mantiene contacto constante con la Tierra y mantiene la distancia segura para que las temperaturas no dañen los instrumentos. 

Webb ha utilizado la menor cantidad de propulsor posible para las correcciones de rumbo mientras viaja al reino de L2, para dejar la mayor cantidad posible de propulsor restante para las operaciones ordinarias de Webb durante su vida útil: mantenimiento de la estación (pequeños ajustes para mantener a Webb en su órbita deseada ) y descarga de impulso (para contrarrestar los efectos de la presión de la radiación solar sobre el enorme parasol).

La óptica 

El nuevo instrumento está dotado de un espejo primario de 6,5 metros de diámetro (6,35 metros de media), es un elipsoide y está formado por 18 segmentos hexagonales de 1,32 metros de diámetro y 21,8 kg cada uno (39,4 kg con los sistemas mecánicos de la parte trasera). El espejo secundario, hiperbólico, tiene un diámetro de 0,74 metros de diámetro y el terciario es un elipsoide de 0,5 x 0,7 metros. 

El espejo secundario se halla en el extremo de una estructura de tres mástiles desplegables denominada DTA (Deployable Tower Assembly ). Los espejos han sido fabricados en berilio —en concreto, a partir de polvo esférico de berilio O-30— por Axsys Technologies y están cubiertos por una fina capa de oro de 120 nanometros de espesor. El oro permite que los espejos reflejen hasta el 98% de la radiación infrarroja, aunque, a cambio, solo son capaces de reflejar luz con longitudes de onda superior a las 0,6 micras. Encima de la capa de oro se ha depositado otra capa muy fina de vidrio (dióxido de silicio) para proteger la óptica de posibles roces. 

La estructura del espejo primario y secundario está fabricada en materiales compuestos tratados para evitar deformaciones por las bajas temperaturas. El espejo primario está dotado de un complejo sistema de óptica activa capaz de ajustar la posición relativa de cada segmento y evitar posibles distorsiones. Los segmentos disponen de seis ‘actuadores’ para corregir su orientación con respecto al resto. Los actuadores pueden mover los segmentos en incrementos de 50 nanometros o de 7 nm (en ajuste fino). El contratista principal a cargo de la óptica es Ball Aerospace.

Instrumentos 

El Telescopio cuenta con módulos y cámaras especializadas. El módulo ISIM (Integrated Science Instrument Module) está situado justo detrás del espejo primario y en él se encuentran los tres instrumentos principales del James Webb. Estos instrumentos son NIRCam, NIRSpec y MIRI. 

NIRCam (Near-Infrared Camera) es una cámara que trabajará en el infrarrojo cercano (0,6 a 5 micras) y está a cargo de la Universidad de Arizona. La cámara, que proporcionará la mayoría de imágenes "asombrosas" del Telescopio, consiste en dos módulos con sensores que apuntan a regiones adyacentes del cielo. 

NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) es un espectrómetro que también observará la misma región del espectro y ha sido construido por la ESA, con contribuciones de la NASA. NIRSpec puede obtener cien espectros simultáneos en un campo de 9 minutos de arco cuadrados. 

MIRI (Mid-Infrared Instrument) funcionará como cámara y espectrómetro en el infrarrojo medio (de 5 a 28 micras) y ha sido construido conjuntamente por la NASA (el JPL) y la ESA. Para observar en el infrarrojo medio, MIRI necesita ser enfriado hasta 6 kelvin mediante el uso de un sistema de refrigeración con un circuito cerrado de helio (usa un ingenioso sistema de refrigeración por ondas acústicas), por lo que es el único instrumento del JWST que requiere refrigeración activa (como curiosidad, el sistema de refrigerador de MIRI está situado en el bus, por lo que el circuito de helio tiene que llegar hasta el instrumento, pero los dos sistemas no se han podido probar juntos en una cámara de vació en la Tierra). MIRI necesitará tres meses para enfriarse a 6 kelvin por encima del cero absoulto y cuenta con una destacable contribución española. 

Además de estos instrumentos, también está el FGS/NIRISS (Fine Guidance Sensor/ Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph), suministrado por la Agencia Espacial Canadiense (CSA), y que se encargará del guiado fino que requiere el telescopio, además de servir como espectrómetro de infrarrojo cercano. Con el fin de disipar el calor generado por los propios instrumentos, ISIM tiene un sistema de radiadores diseñado para evitar que la temperatura de los sensores supere los valores previstos.

Los instrumentos incorporan detectores especialmente diseñados para ellos. Por ejemplo, NIRCam usa ocho sensores H2RG cubiertos con una capa de telururo de cadmio y mercurio (CdTe y HgTe, HgCdTe de forma abreviada) para poder ver los fotones entre 0,6 y 5 micras, mientras que MIRI lleva tres detectores cubiertos con otros elementos —silicio dopado con arsénico (Si:As)— para ver en la región de 5 a 28 micras del espectro infrarrojo. Cada uno de los ocho detectores H2RG tiene 4 millones de píxeles, mientras que los tres de MIRI tienen un millón (1024 x 1024). Aunque estos detectores existían antes de que el James Webb fuese aprobado, no eran lo suficientemente buenos y hubo que desarrollar la tecnología específica para ellos.

Colaboradores 

Colaboran en el proyecto la Agencia Espacial Europea (ESA), con un 15% del presupuesto, y la Agencia Espacial Canadiense (CSA). El James Webb, llamado así en honor a James Edwin Webb —el segundo administrador de la NASA, que jugó un papel fundamental en el programa Apolo— es un telescopio infrarrojo que observará el cielo en la zona del espectro de 0,6 a 28,5 micras. 

Los principales objetivos científicos del JWST son: observar las primeras estrellas y estudiar el proceso de formación de las primeras galaxias, analizar los procesos de formación estelar y de sistemas planetarios, así como el estudio de exoplanetas, con especial énfasis en la medir composición de las atmósferas de determinados mundos. En cualquier caso, el JWST está destinado a transformar radicalmente todas las ramas de la astronomía moderna.

Webb es un programa internacional dirigido por NASA, en colaboración con la ESA (Agencia  Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense)