JWST: Telescopio Espacial James Webb
El telescopio espacial James Webb (JWST o simplemente Webb) es el telescopio espacial más grande, potente y complejo jamás construido. Cambiará fundamentalmente nuestra comprensión del universo.
Luego de 25 años de proyecto conjunto entre la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial de Canada y casi 10 mil millones de dólares de costo, finalmente será lanzado al espacio en el cohete de carga Ariane 5 desde la Guayana Francesa en 2021.
JWST es un telescopio infrarrojo que complementará y extenderá los descubrimientos del telescopio espacial Hubble. Hubble observa el universo en el espectro visible y ultravioleta, mientras que JWST lo hará en el espectro infrarrojo y con una sensibilidad mucho mayor. Es más bien un sucesor del Telescopio espacial Spitzer.
Los objetos más distantes sufren mayor corrimiento al rojo debido al efecto Doppler y su luz es desplazada desde las frecuencias visibles y ultravioletas hacia las frecuencias infrarrojas. Por lo tanto, al observar el espectro infrarrojo JWST puede ver 13500 millones de años en el pasado, cuando el universo solo tenia unos pocos cientos de millones de años. Esto nos permitirá entender como se formaron las primeras galaxias. También podrá mirar dentro de las nubes de polvo donde hoy se forman nuevas estrellas y sus sistemas planetarios.
Sus principales objetivos serán:
- Buscar las primeras galaxias y objetos luminosos formados entre 100 y 300 millones de años luego del Big Bang.
- Determinar cómo evolucionaron las galaxias desde su formación hasta la actualidad.
- Observar los procesos de formación de estrellas a partir de las nubes de polvo hasta la formación de sus sistemas planetarios.
- Medir las propiedades físicas y químicas de otros sistemas planetarios e investigar el potencial de vida en exoplanetas, analizando sus atmósferas y tomando fotos directas de ellos.
El espejo del JWST está formado por 18 espejos hexagonales de berilio recubierto en oro, que en conjunto forman un lente equivalente de 6,5 m de diámetro y 25 m2 de superficie. Comparado con el del Hubble que tiene 2,4 m de diámetro y 4,5 m2 de superficie, el espejo del JWST podrá captar 6 veces mayor cantidad de energía.
El telescopio está equipado con un escudo térmico de unos 20 m y 7 m de espesor formado por 5 capas de un Kapton, un material que se mantiene estable hasta casi el 0 absoluto (4 K), manteniendo al telescopio a una temperatura por debajo de los -220 ºC (53 K).
Estará equipado con 4 instrumentos principales:
- NIRCam: cámara de espectro infrarrojo cercano (0,6 a 5 um). Compuesta por detectores de HgCdTe (mercurio, cadmio y telurio) es el instrumento principal que permitirá ver las estrellas más viejas del universo y permitirá crear un mapa de materia oscura.
- NIRSpec: espectrógrafo infrarrojo cercano: permitirá hacer un análisis de la composición química del objeto observado.
- MIRI: instrumento de espectro infrarrojo medio (5 a 28 um) Compuesta por sensores de silicio contaminado con arsénico, permitirá ver el nacimiento de nuevas estrellas y muchos objetos desconocidos del cinturón de Kuiper, con la esperanza de encontrar el noveno planeta de nuestro sistema solar.
- NIRISS: camara de espectro infrarrojo cercano (0,8 a 2,6 um) y espectrógrafo no ranurado. Compuesta por detectores similares a la NIRCam, permitirá estudiar la atmósfera de exoplanetas.
A diferencia del Hubble que se encuentra en órbita terrestre a 570 km de distancia, JSWT estará en órbita solar sincrónica con la Tierra en el segundo punto de Lagrange Tierra-Sol, a 1,5 millones de km de distancia, esto es 4 veces más lejos que la Luna, al igual que otros satélites como WMAP, Herschel y Plank.
En el punto L2, el telescopio girará en órbita solar en sincronía con la Tierra (es decir, dará una vuelta alrededor del Sol en exactamente 1 año terrestre) pero en una órbita 1,5 millones de km más alejada del Sol. De este modo JWST permanecerá inmóvil con respecto a la Tierra. Así su escudo solar bloqueará la luz que le llegue del Sol, la Tierra y la Luna simultáneamente. Esto le ayudará a mantenerse fresco, lo cual es muy importante para un telescopio infrarrojo.
Si JWST se situará Justo en el punto L2, la Tierra podría bloquear la luz solar casi completamente. Sin embargo, JWST orbitará alrededor del punto L2 en un órbita halo que estará inclinada con respecto a la ecliptica, con un radio de aproximadamente de 800 mil km. Tardará aproximadamente medio año en completarla. De esta evitará entrar en la sombra de la Tierra y la Luna y podrá garantizar operación continua (24×7).
Luego del lanzamiento, demorará un mes en llegar al punto L2 y en el camino se irá desplegando. Luego habrá que esperar 5 meses más para que el telescopio se enfríe lo suficiente para poder comenzar a usarse. En esos meses múltiples calibraciones, configuraciones y pruebas se llevarán a cabo. JWST tendrá una vida util de entre 5 y 10 años.
Esta tremenda obra de ingeniera, originalmente planeada para ser concluida en el 2007, sufrió innumerables demoras debido a la complejidad del proyecto. Para empezar no existe una lanzadera espacial que pueda contener una pieza de 6,5 m de diámetro. Por esta razón hubo que hacer que este pudiera plegarse y esto multiplicó la complejidad del proyecto varias veces, al tener que agregar una enorme cantidad de sistema de movimientos y control remoto. Los 18 espejos deben poder controlarse independientemente y poder alinearse entre sí con una precisión de una millonésima de milímetro.
El peso de los espejos fue otro desafío. Hubo que utilizar berilio que es extremadamente resistente, liviano y estable a bajas temperaturas. El berilio es sumamente difícil trabajar en especial con precisiones del orden de la millonésima de milímetro. Pero el berilio no es el mejor espejo para las ondas infrarrojas. Por eso hubo que recubrirlo con una delgada capa se oro.
Finalmente los detectores y espectrógrafos infrarrojos que forman los múltiples instrumentos son los más sensibles jamás creados.