Un nuevo telescopio espacial permitirá ver las primeras galaxias del universo  

Matthew Greenhouse, director científico del nuevo telescopio espacial James Webb. Más videos y fotos: Entrar.

Dentro de la enorme sala del Centro Espacial Johnson, en Houston, que alguna vez albergó los componentes del programa Apolo, espera celosamente custodiado y en un ambiente con menos partículas que un quirófano el más complejo proyecto científico de la NASA: el telescopio espacial James Webb (JWST), sucesor del Hubble, que abrirá una ventana a horizontes nunca antes vistos por la humanidad, y cuya fecha prevista de lanzamiento es la primavera de 2019.
Después de veinte años de desarrollo, se puede decir que el James Webb, un prodigio tecnológico que deja sin palabras, ya entró en su cuenta regresiva. "En octubre le hicimos un «test óptico» completo -explica el director científico de la misión, Matthew Greenhouse, que acaba de pasar por esta ciudad para participar de una conferencia internacional sobre «Galaxias distantes» -.
Iluminamos el telescopio y constatamos qué «ve». Es una prueba muy, muy complicada y costosa, pero afortunadamente todo está muy bien. En febrero, lo enviaremos a Los Ángeles, California, para agregarle su escudo solar, y luego lo montaremos en un camión para llevarlo a través del canal de Panamá hasta la Guyana francesa, en un viaje que durará veinte días."

El telescopio espacial Hubble, que nos deslumbró con sus imágenes, puede "retratar" al universo en su infancia, a los aproximadamente mil millones de años. El James Webb será capaz de ver aún más allá, en la llamada "zona oscura", un período inexplorado en el registro fósil del cosmos.
"Nos permitirá registrar el nacimiento de las primeras estrellas y galaxias que se formaron después del Big Bang -se entusiasma Greenhouse-. Y no solo eso. También observará la atmósfera de exoplanetas en busca de la huella química de la vida."
A un costo de 8000 millones de dólares (y 800 millones más para su operación), el Telescopio Espacial James Webb es una de las misiones más difíciles que se hayan intentado, ya que viajará plegado como un origami a bordo de un cohete Arianne 5 de la Agencia Espacial Europea, y deberá ser desplegado en forma robótica en el espacio. "A diferencia de lo que sucedió con el Hubble, no podremos enviar a los astronautas para hacerle correcciones -aclara el científico-. Tenemos que estar bien seguros de que nada fallará."

Graduado de geólogo, pero empujado por sus ansias de hacer "algo significativo para la humanidad", el ahora astrofísico se sumó al proyecto en 1997, apenas un año después de su puesta en marcha. Había iniciado su carrera en la Universidad de Arizona, desarrollando instrumentos para un telescopio que sería remontado hasta la estratósfera en un globo. "Eran los primeros días de la astronomía del infrarrojo -recuerda-, que casi no puede hacerse desde la superficie del planeta, porque el vapor de agua absorbe ese tipo de luz."
Al formarse, las estrellas están muy calientes y emiten luz ultravioleta; pero cuando ésta viaja hacia nosotros a través del universo en expansión, sus ondas se alargan, por lo que se desplazan hacia el extremo infrarrojo del espectro. Por eso, el James Webb será clave para observar la gestación de galaxias, estrellas y sistemas planetarios. Las hipótesis existentes sugieren que el medio interestelar contiene nubes gigantes de gas y polvo. A veces, éstas colapsan y empiezan a calentarse hasta el punto en que se desata la fusión nuclear y comienzan a brillar.

"El JWST será ideal para entender la dinámica de la formación estelar hasta un punto que todavía no podemos prever -asegura Greenhouse-. Más cerca de casa, permitirá estudiar el disco de residuos que hay alrededor de nuestra propia estrella, la materia primordial que quedó de la formación de nuestro Sistema Solar."
Claro que todo esto es más fácil decirlo que hacerlo. Cuando los científicos e ingenieros por primera vez trazaron sus ideas en lápiz y papel, se dieron cuenta de que necesitarían siete veces la capacidad del Hubble para observar esa luz es extremadamente tenue.
Esto exigía un espejo muy grande, lo que a su vez entrañaba otros dos desafíos: cómo enviar algo tan voluminoso al espacio y, dado que cualquier cuerpo caliente emite radiación infrarroja, cómo mantenerlo suficientemente frío.

"Todo lo que está por encima del cero absoluto emite luz infrarroja -explica Greenhouse-. Si en este momento tuviéramos puestos anteojos infrarrojos, veríamos cómo surge de nuestros cuerpos. De modo que si no enfriábamos bien el JWST se enceguecería con su propia emisión."
Tuvieron que diseñar un sistema que pudiera mantenerse a ¡232 grados bajo cero! Era impensable encontrar un refrigerador mecánico para congelar un objeto de seis toneladas, de modo que fue necesario pensar en algo inédito: lo pondrán en un punto especial del espacio, a 1.609.000 km de distancia en dirección opuesta al Sol (el segundo punto de Lagrange del sistema Sol-Tierra).

Ese sitio tiene una propiedad especial que hace posible la misión: todas las fuentes de calor (el Sol, la Tierra y la Luna) están en la misma dirección. "Pero además nos dimos cuenta de que necesitaríamos un escudo solar gigantesco que permitiera mantener al telescopio a la sombra -agrega el investigador-. Tiene cinco capas de 24 por 12 metros, de un material plástico muy liviano, Kapton, recubierto de aluminio y silicio. Y como fue necesario darle cierta curvatura para que no refleje la luz hacia el telescopio, entonces cada una consiste de 50 piezas cosidas. Es suficientemente grande como para que podamos apuntar el telescopio cinco grados hacia el Sol y 45 grados en dirección contraria sin que deje de estar a la sombra. Así, cada seis meses podrá observar cualquier punto del cielo mientras se mantiene en la oscuridad."

Otra dificultad que debieron resolver fue cómo encajar un espejo de grandes dimensiones en el cohete. Optaron por una arquitectura segmentada; es decir, que combina 18 hexágonos que viajarán plegados para luego ser desplegados en órbita.
"Este origami involucra 40 estructuras y 176 mecanismos de liberación -detalla Greenhouse-. Y ninguno puede fallar. Mecanizamos la parte trasera de cada uno de los segmentos para que tengan siete grados «de libertad». Desarrollamos un procedimiento que permite ajustar todas esas imágenes individuales y crear otra compuesta casi perfecta. Todo el procedimiento demandará un mes."
Dado que el espejo está sometido a cambios de temperatura, fue imprescindible encontrar un material que no se expandiera a menos de 200 grados bajo cero: berilio cubierto de oro. Fabricarlo fue una proeza que llevó nueve años.

La estructura que sostiene los 18 fragmentos es otra maravilla de la ingeniería. Como sufre cambios de temperatura de 300 grados, fue necesario diseñarla para que sus más de 3000 piezas tuvieran un índice muy, muy bajo de expansión.
La principal cámara infrarroja es un instrumento notable. Está hecha de una cerámica avanzada y permite tomar el espectro de 100 fuentes diferentes en una sola exposición y 100 veces más rápido.
Para hacerse una idea de la proeza tecnológica que implica, baste con mencionar que antes de que los astrónomos pudieran siquiera soñar con tener este ojo en el espacio, fue necesario crear y perfeccionar diez tecnologías que no existían. Entre ellas, materiales revolucionarios capaces de no deformarse más que una diezmilésima del grosor del cabello humano a temperaturas cercanas al cero absoluto.
Pero si todo funciona como está previsto, el JWST ayudará a arrancarle al cosmos respuestas sobre misterios astronómicos que nos perturban desde el amanecer de la humanidad.
 

Créditos:

• Por Nora Bär. Publicado en el Diario La Nación. (27/12/17)