Telescopio Espacial James Webb: El telescopio espacial más potente del mundo

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Scott Friedman y un equipo de 160 científicos e ingenieros han estado trabajando durante los últimos seis meses con el objetivo de lograr que el telescopio espacial James Webb de la NASA esté en pleno funcionamiento. El equipo se reúne casi todos los días a las 13:30 (Eastern Time) para analizar su progreso.

Durante cada reunión, se revisa todo el trabajo que se había realizado durante las últimas 24 horas con el observatorio, que actualmente se desplaza por el espacio profundo a aproximadamente 1.5 millones de kilómetros de la Tierra. A veces, sus pruebas y mediciones habían ido bien el día anterior y seguían adelante con la siguiente tarea. Otras veces, habría contratiempos.

Tendríamos nuestro programador allí también y diríamos: ‘Está bien, este no funcionó, por lo que debe reprogramarse. Pongámoslo en el cronograma tan pronto como podamos para que podamos continuar’”, dice Friedman, el científico principal encargado del Telescopio Espacial James Webb en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, o STScI. “Y ese fue un asunto complicado”.

Espejos del telescopio James Webb

Antes de que el Telescopio Espacial James Webb (JWST) pueda comenzar a recolectar luz de estrellas y galaxias, la NASA y STScI deben asegurarse de que todos los instrumentos y hardware de última generación del telescopio puedan funcionar juntos. JWST está equipado con el espejo más grande jamás enviado al espacio, y está configurado para transformar fundamentalmente la astronomía al capturar la luz de las estrellas y galaxias que se formaron cuando el Universo estaba en su infancia.

El equipo de puesta en marcha de JWST está terminando su trabajo, completando todas las asignaciones unas semanas después de la fecha límite de verano del 2022. Gracias a sus esfuerzos, JWST está a punto de comenzar su primer año de observaciones científicas épicas. Este período de transformación de la astronomía comenzará con el lanzamiento de las primeras imágenes a todo color tomadas por el observatorio el 12 de julio.

El paisaje de «montañas» y «valles» salpicado de estrellas brillantes es en realidad el borde de una región cercana, joven y de formación de estrellas llamada NGC 3324 en la Nebulosa de Carina.

Lo que he visto simplemente me conmueve”, dijo Pam Melroy, administradora adjunta de la NASA, durante una conferencia de prensa antes del lanzamiento de la imagen, “como científica, como ingeniera y como ser humano”.

JWST ha sido toda una odisea. Tomó alrededor de dos décadas y media y casi  10 mil millones de dólares para construirlo. Una vez que llegó al espacio, se sometió a un proceso de despliegue intrincadamente complejo para obtener la configuración adecuada para observar el cosmos. (JWST era demasiado grande para lanzarlo en su forma final, por lo que tuvo que lanzarse doblado sobre sí mismo como una navaja suiza apretada).

Pero, casi tan pronto como terminó el despliegue, el equipo de ingeniería comenzó a concentrarse en el espejo de JWST. El icónico espejo chapado en oro del observatorio, que abarca más de 21 pies de ancho, en realidad está compuesto por 18 segmentos de espejo hexagonales que deben alinearse con mucha precisión para que funcionen como si fueran un solo espejo. Y no estaban ni cerca de estar listos para hacer eso. Para comenzar, los ingenieros primero tuvieron que quitar cada uno de los segmentos de los dispositivos conocidos como «amortiguadores»: equipos que mantenían los espejos en una posición ajustada para el viaje al espacio. “Los lanzamos en una posición que es segura para el lanzamiento, pero no necesariamente le permite mover los espejos hacia adelante y hacia atrás para alinearlos”, dice Lee Feinberg, gerente de elementos del telescopio óptico para JWST en la NASA.

Ese proceso tomó un poco más de una semana, con cada segmento moviéndose media pulgada desde sus posiciones de lanzamiento. Aún así, eso fue solo el comienzo. “Eso ni siquiera era alineación”, dice Feinberg. “Eso fue solo llegar al punto en que podríamos comenzar, de verdad”. Luego, el equipo tuvo que esperar a que la cámara infrarroja principal de JWST, NIRCam, se enfriara lo suficiente como para poder comenzar a usar el instrumento para recopilar imágenes. Una vez que NIRCam estuvo bien y frígido, usaron los espejos para tomar su primera foto con JWST, apuntando todos los segmentos del espejo a una sola estrella brillante. El resultado: 18 versiones diferentes de esa misma estrella.

La estrella brillante en el centro de NGC 3132

Calibración del telescopio James Webb

El equipo de puesta en marcha se centró en los cuatro instrumentos principales de JWST mientras se realizaba la alineación de los espejos. Los instrumentos, que contienen espectrógrafos que descomponen la luz en un espectro que los científicos pueden analizar para aprender más sobre objetos distantes, incluyen NIRCam, NIRSpec, MIRI y FGS/NIRISS. Tres de los instrumentos también tienen cámaras (NIRSpec es el extraño). Así como las cuerdas de una guitarra deben afinarse correctamente antes de usarlas, los instrumentos altamente complejos del JWST deben calibrarse adecuadamente antes de que comience el primer año de ciencia del observatorio. El trabajo del equipo de puesta en marcha es garantizar que los instrumentos estén listos y funcionen correctamente cuando comience el primer año de ciencia del observatorio.

El equipo necesitaba la cámara y otros instrumentos para ayudar a ajustar los segmentos del espejo. Para hacer esto, los instrumentos fueron arrancados y revisados ​​por primera vez cuando los espejos aún estaban siendo alineados. Sin embargo, el trabajo de calibración más sólido no pudo comenzar hasta que los espejos estuvieran completamente alineados, lo que tomó alrededor de cuatro meses.

Ahora, durante los últimos dos meses, el equipo ha estado poniendo a prueba los instrumentos, analizando una larga lista de mediciones que consumen mucho tiempo. “A veces eran rápidos, pero a veces eran 12 horas de tiempo de observación con muchas observaciones asociadas”, dice Friedman.

Parte de ese trabajo implicó simplemente usar los instrumentos para observar estrellas estándar, midiendo su luz y posiciones en el cielo. Luego, el equipo comparó lo que midieron con lo que saben sobre estas estrellas en función de décadas de investigaciones anteriores para buscar las correcciones que debían hacerse. Todas las cámaras, incluso la NIRCam de JWST, tienen algo de distorsión incorporada en sus imágenes. Al medir esas distorsiones, los equipos pueden corregirlas en el futuro, según Friedman.

El equipo de puesta en marcha del JWST tuvo que probar y verificar las distintas capacidades de los cuatro instrumentos principales, así como los diferentes modos de funcionamiento del observatorio en su conjunto. Esto incluyó demostrar la capacidad de rastrear objetos que se mueven relativamente rápido, fijándose en asteroides de prueba y usando estrellas «guía» como referencias. Todo esto fue un trabajo complicado que no se había probado antes en el espacio.

Comparativa de la misma imagen tomada por James Webb (derecha) y su predecesor (izquierda)

Según Friedman, todo el proceso de calibración y puesta en marcha de JWST transcurrió sin problemas, con algunas excepciones. JWST entró en modo de «refugio seguro» seis veces cuando la nave espacial detectó algo que no le gustó, que solo duró un total de cuatro días. Aparentemente, tales eventos no son infrecuentes para las nuevas naves espaciales.

Bill Ochs, gerente de proyecto de JWST en la NASA, afirmó que cada nave espacial tiene una personalidad única y que muchas cosas solo se pueden aprender una vez que la nave espacial está en órbita. En mayo, uno de los 18 segmentos del espejo del JWST fue golpeado por un micrometeoroide, dejando un pequeño hoyuelo. Aunque la NASA dice que el observatorio aún puede funcionar correctamente, el segmento del espejo tuvo que ajustarse ligeramente para corregir el daño.

A pesar de algunos problemas menores, el equipo de puesta en marcha pudo terminar su lista de tareas pendientes durante el período asignado de seis meses, con solo un par de semanas de retraso. «Si me hubieras preguntado antes del lanzamiento, ‘¿De verdad crees que vas a terminar en seis meses o en unos pocos días?’ Habría dicho: ‘Bueno, eso espero. Pero hombre, hay un millón de cosas que podrían salir mal’«, dice Friedman. «¿Y sabes qué? Ninguna de esas trillones de cosas salió mal. Todos salieron bien«.

Ahora, el equipo de puesta en marcha está entrando en una nueva fase. Pronto, JWST entrará en su primer año de observaciones científicas, lo que se conoce como ciencia del Ciclo 1, que está repleto de planes para apuntar a exoplanetas, galaxias, estrellas exóticas y más. Aquellos que trabajen con los instrumentos de JWST pasarán a desempeñar un papel de apoyo para los astrónomos que tienen tiempo con el observatorio durante el primer año.

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