James Webb: despega el mayor telescopio espacial de la historia que busca la luz de las primeras estrellas

BBC Mundo

Al fondo de una cueva, de pronto; o en un sótano cuando se va la electricidad. Pero normalmente hay un resplandor leve que viene de algún lado. Incluso el cielo nocturno nunca se ve totalmente negro, dado que usualmente hay una o dos estrellas brillando en la distancia.

Es difícil imaginar una época en la que lo único que existía era la oscuridad, cuando podías viajar en cualquier dirección durante millones de años y no ver absolutamente nada.

Pero esa es la historia que nos cuentan los científicos, la de la "edad oscura" que reinaba en el universo antes de que las primeras estrellas se encendieran. Y muy pronto tienen la intención de mostrarnos esa época, o más bien, mostrarnos cómo terminó: cómo el cosmos al final se llenó de luz.

Lo harán usando el telescopio más grande que se haya puesto fuera de la Tierra: el telescopio espacial James Webb.

Con su lanzamiento este sábado, el telescopio James Webb tendrá la misión de ver con mayor profundidad en el espacio que incluso el legendario telescopio espacial Hubble, al cual reemplazará.

Ver al pasado

Equipado con un espejo de 6,5 metros de ancho y cuatro instrumentos de altísima sensibilidad, Webb se enfocará en un espacio muy reducido del cielo durante días intentando detectar luz que ha estado viajando a través de la inmensidad del espacio por más de 13.500 millones de años.

"Solo serán pequeños puntos rojos", dice el científico senior del proyecto James Webb y ganador del premio Nóbel John Mather.

"Creemos que debería haber estrellas o galaxias, o agujeros negros de pronto comenzando 100 millones de años después del Big Bang. No debe haber muchas para encontrar en ese tiempo pero el telescopio Webb puede verlas si están ahí… y si tenemos suerte", le dijo a una edición especial de Discovery, del servicio mundial de la BBC, un investigador de la agencia espacial estadounidense NASA.

Es una idea impactante que puedas ser testigo de algo así. Pero esa es la consecuencia de que la luz tenga una velocidad finita en un cosmos inmenso y en expansión. Si se busca a mayor profundidad, finalmente se debería llegar a recolectar la luz de las estrellas pioneras mientras se agrupaban en las primeras galaxias.

Pero, ¿con qué fin? ¿por qué gastar 10 años concibiendo, y otros 20 años construyendo, una máquina de US$10.000 millones para detectar unos tenues puntos rojos en el cielo?

Bueno, esencialmente se reduce a la pregunta más fundamental de todas: ¿de dónde venimos?

La formación de todo

Cuando el universo se formó en el Big Bang sólo contenía hidrógeno, helio y una pizca de litio. Nada más.

Todos los elementos químicos de la tabla periódica más pesados que éstos tres tuvieron que forjarse en las estrellas.

Todo ese carbono que forma todos los seres vivos; todo el nitrógeno en la atmósfera de la Tierra; todo el silicio en las rocas; todos estos átomos tuvieron que ser "manufacturados" en las reacciones nucleares que hacen que las estrellas brillen, y en las poderosas explosiones que finalizan su existencia.

Solo estamos aquí porque las primeras estrellas y sus descendientes llenaron el universo con los materiales para hacerlo todo.

"La misión de Webb es sobre la formación de todo; es el argumento de 'todos estamos hechos de polvo de estrellas'", reflexiona Rebecca Bowler, una astrónoma de la Universidad de Oxford quien es miembro del equipo del instrumento NIRSpec del telescopio Webb.

"Es acerca de la formación del primer átomo que existió. Es absolutamente increíble para mí que podamos observar ese proceso mientras ocurre".

No sabemos mucho sobre las primeras estrellas. Podemos introducir las leyes físicas en modelos de computadoras para tener un sentido de lo que puede ser posible. Y suena fantástico.

"Los rangos estimados varían entre 100 y 10.000 veces la masa de nuestro Sol", dice Marcia Rieke, la investigadora principal del instrumento NIRCam del telescopio Webb.

"Y de hecho, todas las estrellas siguen la regla que dice que el tiempo que puede existir es inversamente proporcional a su masa; es decir, entre más masiva la estrella, más rápido consume su combustible. Así que esas estrellas tempranas pudieron durar apenas un millón de años más o menos".

Vive rápido, muere jóven. Nuestro propio Sol pareciera tan tímido en comparación. Ya lleva quemándose casi 5.000 millones de años y es posible que siga quemándose por otros 5.000 millones de años más.

Una herramienta multipropósito

El enfoque de la búsqueda de la primera luz de estrellas podría hacer parecer como si el telescopio Webb tuviera una sola misión. Pero nada podría estar más lejos de la realidad.

Observará casi todo lo que hay para ver más allá de la Tierra: desde lunas heladas y cometas en nuestro propio sistema solar hasta los colosales agujeros negros que residen en el centro de todas las galaxias. Se espera que esté particularmente adaptado para estudiar planetas que orbitan otros soles.

El Webb ha sido diseñado para ver todos sus objetivos de una manera muy particular: en el espectro infrarrojo.

Hubble fue diseñado para ser predominantemente sensible a la luz en las longitudes de onda ópticas o visibles. Es el mismo tipo de luz que detectamos con nuestros ojos.

Webb, por su parte, está diseñado específicamente para detectar longitudes de onda más largas, las cuales, aunque invisibles para nuestros ojos, están exactamente en el punto donde el brillo de los objetos más distantes del universo van a aparecer.

"La luz de estrellas distantes se extiende gracias la expansión del universo y se mueve a la región infrarroja del espectro. Lo llamamos corrimiento al rojo", explica Richard Ellis, un astrónomo del University College de Londres quien está impaciente por explorar el fin de la edad oscura.

"El factor limitante que tenemos con el Hubble, por ejemplo, es que no alcanza lo suficientemente lejos en el espectro infrarrojo como para detectar las señales de la luz estelar que buscamos. Tampoco es un telescopio particularmente grande. Ha sido una instalación pionera, sin duda. Fotos increíbles. Pero el diámetro de su espejo es de solo 2,4 metros, y el poder de un telescopio se incrementa con el cuadrado del diámetro del espejo. Ahí es donde entra el telescopio James Webb".

Tecnología de avanzada

Fue el astrónomo del siglo XVIII William Herschel quien descubrió el infrarrojo. También revolucionó la producción de espejos para telescopios.

Sus máquinas para pulir operadas a mano lograban fabricar superficies reflectivas súper suaves en un disco moldeado de una mezcla de hojalata y cobre.

Herschel hubiera apreciado las innovaciones que se incluyeron en la producción de los espejos del telescopio Webb.

Están hechos de berilio metálico, que es liviano y mantiene su forma a temperaturas muy bajas. Y luego está la cobertura de oro. Es extremadamente delgada, un grosor de apenas unos cientos de átomos, pero esta adición convierte los espejos en reflectores casi perfectos de infrarrojo.

Aproximadamente el 98% de la luz de un incidente se refleja, asegurándose de que la emisión de luz de estrellas distantes experimente pérdidas mínimas cuando llega a los instrumentos del telescopio Webb.

Cualquiera que haya visto el espejo primario segmentado de 6,5 metros confirmará lo fascinante que es su calidad. Incluso aquellos que trabajaron en él por más de dos décadas nunca se cansan de su belleza.

"Hubo un tiempo en el que el espejo estaba apuntando hacia abajo y yo tenía que meterme debajo para hacer una inspección de los sistemas ópticos", recuerda Lee Feinberg, de la NASA y quien lideró el equipo de espejos del telescopio Webb.

"Entonces, ahí estaba yo en mi traje de conejito, mirando hacia arriba todas esas superficies doradas y viendo mi reflejo. Era realmente increíble: todas esas superficies enfocándose en mí. Tuve una increíble sensación de energía estando en el centro de todo".