¡Bienvenido, James Webb!

31 años después del lanzamiento del Hubble el 24 de abril de 1990, todo está preparado para enviar al espacio a su sucesor: el telescopio James Webb. Si todo va bien, será lanzado desde la Guayana Francesa el próximo 18 de diciembre y está llamado a ser el mirador privilegiado por el que la humanidad observará el universo durante esta década. Desarrollado por la NASA, la Agencia Europea del Espacio (ESA, por sus siglas en inglés) y la Agencia Canadiense del Espacio (CSA), es seis veces más grande que el Hubble, aunque pesa la mitad –6500 kilos–, y será cien veces más potente.

“El Hubble revolucionó lo que sabíamos del espacio de muchas maneras”, explica a MUY el subdirector de los programas científicos del James Webb, Kartik Sheth. Y añade: “Ofreció, por ejemplo, mucha información sobre cómo las galaxias se forman y evolucionan, pero su limitación es que es un telescopio principalmente óptico y, aunque tiene un par de cámaras que ven en infrarrojo, no tienen mucha sensibilidad. Además, con un instrumento que funciona con luz óptica, no es posible contemplar el universo con mucha precisión más allá de 7000 u 8000 millones de años. Para eso, se requiere de uno que observe con mucha sensibilidad en infrarrojo, y ahí es donde el James Webb va a ser decisivo. Vamos a poder ver realmente muy atrás en el tiempo, desde unos 7000 millones de años hasta más allá de los 13 000 millones, casi junto al big bang”.

El James Webb cuenta con cuatro objetivos principales que cubrirán un amplio abanico de preocupaciones científicas. Según explica a MUY el director científico del proyecto, John Mather, “para empezar, tratará de ver los primeros objetos que surgieron tras el big bang, como las galaxias, los agujeros negros y las supernovas; en segundo lugar, observará cómo las galaxias crecieron a lo largo del tiempo, probablemente tras unirse muchas pequeñas formaciones; en tercer lugar, cómo las estrellas y los sistemas planetarios se han formado en el interior de nubes polvorientas de gas; y por último, observará planetas alrededor de otras estrellas y verá también nuestro propio sistema solar para entender cómo estos sistemas crecen y cambian con el paso del tiempo y, a fin de cuentas, para comprender cómo la Tierra puede albergar vida”.

Finalmente, el James Webb se lanzará a bordo del cohete espacial Ariane 5 de la ESA desde la Guayana Francesa, el próximo 18 de diciembre: esta fecha –un nuevo retraso en una larga cadena de aplazamientos– fue fijada por la NASA justo antes del cierre de esta edición. El nuevo telescopio tendrá una característica principal que hace de él un hito de la ciencia y la ingeniería en la historia de la humanidad. A través de cuatro de los cinco instrumentos que llevará a bordo, observará casi exclusivamente en el espectro infrarrojo y con una extraordinaria sensibilidad: así logrará ver más lejos y con mejor definición. Contemplaremos el cosmos como nunca antes se había visto.

Por otra parte, este proyecto supone tres grandes desafíos. El primero: debido a su tamaño, el telescopio se lanzará ensamblado a bordo del Ariane 5, para que, una vez haya alcanzado el espacio exterior, se despliegue hasta tener su forma definitiva, como si fuera un transformer. El segundo: observará el cosmos desde un escenario de oscuridad y silencio a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra –para hacernos una idea, la Luna esta a 384 400 kilómetros– y no orbitará nuestro planeta, como hace el Hubble, que está ubicado apenas a 570 km allá arriba–. Y el tercero: debido a esto mismo, tendrá que funcionar a temperaturas próximas al cero absoluto–uno de sus instrumentos lo hará a un récord de -267 ºC–. Además, una vez sea lanzado, ya no podrá ser reparado, como sí se ha hecho con el Hubble en cinco ocasiones, la última de ellas en 2009. Así que, cuando despegue el Ariane 5 de la Guayana Francesa, la suerte estará echada. No habrá posible vuelta atrás.

El gran ojo del James Webb es su espejo, cuya construcción ha supuesto un reto sin precedentes para los cientos de científicos e ingenieros implicados en este proyecto en los últimos quince años. Si el espejo a través del cual el Hubble contempla el espacio mide 2,4 metros de diámetro, el del James Webb tiene 6,5 metros. Esto ha implicado un desafío doble: un espejo de tanta envergadura no puede enviarse de una sola pieza y ha de pesar muy poco. Para ello, se ha construido con dieciocho espejos hexagonales que miden 1,32 m cada uno y con un material mucho más liviano pero muy duro, fiable y resistente: el berilio. Una vez que el telescopio llegue al espacio, esos pequeños espejos deberán recomponerse y alinearse a la perfección para formar uno solo sin que haya una sola falla, pues de lo contrario el James Webb no será más que un enorme y ciego armatoste deambulando en medio del cosmos.

La alineación de los espejos comenzará treinta días después su lanzamiento, y la labor de unirlos en uno solo y ajustarlos para que no reflejen dieciocho cosas, sino una sola, llevará casi dos meses.

Su lanzamiento en forma de origami es uno de los motivos principales por los que la misión ha sufrido numerosos retrasos, aunque han influido otros asuntos, como el debate político –no siempre contó este proyecto con un respaldo total del Congreso de Estados Unidos– o, en última instancia, la pandemia de covid-19. Cuando fue concebido en los años 90, la previsión era que fuera lanzado en 2007. Pero el desafío tecnológico de enviar a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra un instrumento cuyo proyecto ha costado 8200 millones de euros y que no puede ser reparado una vez se lance exige fiabilidad absoluta.

No solo ha de desplegarse en medio del espacio, cosa que hará en las primeras semanas tras su lanzamiento, sino que tendrá que funcionar durante toda una década a temperaturas inferiores a los 230ºC bajo cero. Por esta razón, en su construcción se han tenido que emplear materiales que soporten bien no solo las temperaturas del lugar de fabricación, es decir, de la Tierra, sino sobre todo del lugar desde el que observará el universo. Como hemos visto, el James Webb funcionará a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. No es una ubicación seleccionada al azar ni porque sí. Se trata del llamado punto de Lagrange 2. Los puntos de Lagrange o de liberación consisten en zonas del cosmos en las que, al haber varios cuerpos cerca, la gravedad está amortiguada, de manera que uno queda atrapado allí, como sucede con la basura que se acumula entre diversas corrientes oceánicas.

“Una vez que lancemos el telescopio nos comunicaremos con él inmediatamente, pero tomará seis meses recomponerlo para que esté todo a punto”, explica Mather. “Todo esto implicará que los primeros datos científicos –continúa–se harán públicos a finales de mayo de 2022. Apuntará primero a algunas estrellas conocidas, pero esto será en las labores de ponerlo en foco y ajustarlo. A partir de ahí, tenemos un conjunto de programas científicos que tendrán acceso al telescopio en los primeros cinco meses de funcionamiento”. Al estar tan lejos de nuestro planeta, la presencia de luz y de calor de otros cuerpos, como el Sol, la Tierra y la Luna, son mucho menores, y esto será fundamental para las observaciones en calidad y lejanía.

Como ya se ha mencionado, el James Webb llevará a bordo cinco instrumentos; uno de ellos es un aparato para guiarlo y ubicarlo y los otros cuatros son los ojos con los que contemplará y fotografiará el universo. Todos ellos ven casi exclusivamente en dicho rango infrarrojo, aunque, según la NASA, el telescopio “tiene alguna capacidad para trabajar en el rango de la luz visible”.

Puesto que el universo está en expansión, sus cuerpos y elementos emiten al alejarse una luz infrarroja, de manera que tratar de captar esta luz implicará ver mucho más y más lejos en el espacio y en el tiempo que simplemente viendo en el espectro de la luz óptica. Para que los instrumentos del James Webb capten con la mayor capacidad posible ondas infrarrojas, debe estar lo más protegido de cualquier fuente de luz y calor, en este caso, el Sol, la Tierra y la Luna, que podría causar interferencias. Con el objetivo de que el telescopio se proteja de dichos cuerpos, los científicos han diseñado un parasol de una envergadura enorme, otro hito de ingeniería de este proyecto. Este parasol medirá, una vez desplegado, como una pista de tenis. Estará mirando al Sol y dispone de cuatro capas que van quitando calor hacia el interior, de forma que los equipos de medición estén en frío extremo. La parte que da hacia el Sol estará más caliente, a 80 ºC. Las capas están hechas con un material especial llamado kapton, que, como todos los que componen esta sonda, funciona bien a temperaturas muy frías. Esto ha sido todo un reto, puesto que hay que construirlo a la temperatura ambiente de la Tierra para luego tenerlo alineado, recompuesto y funcionando a la perfección en el helador espacio exterior.

La primera misión que puso en el espacio un telescopio para observar el cielo en el infrarrojo no llegó hasta enero de 1983, con el satélite IRAS de la NASA (IRAS, en inglés las siglas de satélite astronómico infrarrojo). Duró menos de un año y no hubo un proyecto similar hasta el telescopio espacial ISO (observatorio espacial infrarrojo, en inglés), en funcionamiento entre 1995 y 1998. Cinco años después, en 2003, fue lanzado el telescopio Spitzer, que estuvo operativo casi dos décadas, hasta enero de 2020. De hecho, muchos científicos que trabajarán observando el espacio con el James Webb lo han hecho durante años con el Spitzer, como sucede con Kartik Sheth. En paralelo a estas tres sondas, se lanzaron al espacio el Hubble, en 1990 y aún activo; y el telescopio de infrarrojos Herschel de la ESA, que estuvo ubicado también en el punto de Lagrange 2.

Todos estos equipos han hecho que, en el plazo de pocas décadas, el cosmos, que se intuía como un espacio infinito y vacío, emerja ante nuestros ojos como un territorio henchido de cuerpos y fenómenos cósmicos. Si nada ocurre, el James Webb se incorporará en pocas semanas a esa senda de la observación telescópica infrarroja que tanto ha revolucionado la imagen que teníamos del universo. Por supuesto, a ello también han contribuido por derecho propio otros telescopios diseñados específicamente para el hallazgo de planetas fuera de nuestro sistema solar, es decir, exoplanetas, como el Kepler (2009-2018) y el TESS, en activo desde 2018. Aunque estos dos telescopios tienen un funcionamiento diferente: por un lado, no observan en infrarrojo; por otro, no apuntan a un lugar en concreto, sino que realizan amplios sondeos del cielo en busca de dichos exomundos.

El primero fue hallado en 1992 por el astrónomo Aleksander Wolszczan: era un planeta que orbitaba alrededor de un púlsar. Tres años más tarde, en 1995, los astrónomos suizos Didier Queloz y Michel Mayor anunciaron el descubrimiento, ahora sí, del primer exoplaneta que giraba alrededor de una estrella como el Sol. Estaba en la constelación Pegaso y fue bautizado con el nombre de 51 Pegasi. Queloz y Mayor recibieron por esto el Premio Nobel de Física en 2019. Según el registro de la NASA, a primeros de agosto de 2021, habían sido hallados ya 4455 exoplanetas en el universo, de los que 165 son parecidos a la Tierra.

La mayor capacidad del James Webb frente a su sucesor, el Hubble, tendrá una repercusión fundamental, puesto que la observación espacial es un viaje en el tiempo –cuanto más lejos se halla un objeto observado, más atrás en el tiempo se encuentra–. Si el Hubble ha permitido contemplar cuerpos y fenómenos de hasta 400 millones de años después del big bang –sucedió hace 13 800 millones de años–, este podrá ver mucho más lejos y retratar el cosmos como era hasta los 250 millones de años después del inicio del universo. El récord del Hubble hasta ahora es la galaxia GN-Z11, cuyo hallazgo fue anunciado por el astrónomo Pascal Oesch, en 2016. Para detectarla, empleó la cámara WFC3 del Hubble, que fue instalada en mayo de 2009 en la cuarta misión de reparación in situ que la NASA envió al telescopio. Es, desde ese momento, la galaxia conocida más lejana del universo, a 32 000 millones de años luz de la Tierra. El James Webb está llamado a ver mucho más allá y superar con creces esa distancia en el espacio y el tiempo. Desde nuestro planeta, vemos a GN-z11 como era hace 13 400 millones de años.

El james webb superará esa barrera y ese es, de hecho, uno de los momentos que los astrofísicos esperan con emoción: cuando apunte lo más cerca que pueda del origen de todo. “Nos permitirá ver las primeras galaxias y estrellas. Apenas sabemos nada de ese universo originario, básicamente que solo había hidrógeno y helio y poco más, y a partir de ahí hay simulaciones de cómo serían esas primeras galaxias y esas estrellas originarias”, apunta Sheth.

Por otra parte, “con el Hubble hemos empezado a ver algo en esa zona y hemos comprobado que el ritmo de formación de estrellas es mucho mayor de lo esperado, al menos, 7000 millones de años atrás, cuando las galaxias creaban estrellas a un ritmo mucho más veloz del que habíamos pensado. Ahora, el James Webb podrá explicar qué sucedió con esas primeras galaxias y los soles primigenios, que probablemente sean muy diferentes a las que vemos hoy”, indica este experto.

Y es que su resolución y potencia van a permitir ver mucho más lejos y con más precisión. Podremos ampliar nuestros conocimientos no solo sobre la estructura de las galaxias y su evolución, sino sobre la atmósfera de los planetas y sobre las estrellas, cometas, asteroides, nuestro propio sistema solar... y un largo etcétera de asuntos que miles de científicos de todo el mundo van a poder observar y estudiar. “Con el Hubbley con el Spitzer hemos avanzado mucho en esos campos, pero el James Webb es un telescopio mucho mayor. Va a ser muy emocionante, será revolucionario”, concluye Sheth.