En un gran hito, el telescopio espacial James Webb (JWST) finalmente se alineó para producir la primera imagen unificada de una sola estrella.
La mayoría de los telescopios tradicionales en estos días (como uno que podría tener en su patio trasero) tienen un solo espejo primario que recoge la luz distante de las estrellas. ¡Pero el JWST tiene 18 espejos! Estos tuvieron que alinearse con extrema precisión para capturar la imagen que la Nasa publicó hoy.
El desafío con JWST
El JWST es el telescopio más grande que los humanos hayan enviado al espacio. Es tan grande que ninguno de nuestros cohetes puede transportarlo cuando está completamente extendido. Como tal, fue diseñado para plegarse perfectamente y caber dentro de la bodega de carga encima de un vehículo de lanzamiento Ariane 5.
El telescopio utiliza tecnología de espejo segmentado. Esta tecnología ha estado en uso durante algunas décadas por algunos de los telescopios ópticos más grandes del mundo, incluido el Observatorio Keck en Hawai (que tiene dos espejos de 10 m de diámetro, cada uno hecho de 36 segmentos hexagonales).
El principal desafío con el JWST fue poder desplegarlo en su forma completamente extendida en el espacio, en condiciones extremas de calor y frío, y sin asistencia humana.
Este proceso comenzó en enero. Una vez que se desplegaron los segmentos del espejo, tuvieron que alinearse para que los 18 se combinaran para formar un solo espejo curvo de 6,5 m de diámetro.
El JWST ahora ha completado este proceso de alineación, permitiendo obtener su primera imagen unificada. La imagen fue tomada usando la cámara infrarroja cercana (NIRCam), uno de los cuatro instrumentos científicos clave del telescopio.
Pero, ¿cómo se hizo esto?
Hay siete pequeños motores fijados detrás de cada uno de los 18 espejos hexagonales ligeramente curvados del JWST. Su propósito es mover y remodelar la curvatura de cada segmento para que los 18 puedan actuar como un gran espejo único.
Seis de estos motores están agrupados en pares, igualmente distanciados y ubicados alrededor de cada segmento de espejo. Estos se utilizan para mover el espejo.
El séptimo motor está en el centro y está conectado a las seis esquinas del espejo con puntales. Este motor puede ajustar la tensión de los puntales para optimizar la curvatura de ese segmento del espejo.
Los motores pueden mover los espejos con mucha precisión, dentro de aproximadamente 1/10,000 del diámetro de un cabello humano. Esta precisión (dentro de una fracción de longitud de onda de la luz) es importante para obtener imágenes de alta calidad del telescopio.
Los científicos de la Nasa utilizaron un análisis matemático llamado “recuperación de fase” para estudiar cómo el movimiento de cada segmento individual cambiaba la nitidez de la imagen final.
Una vez que tenían esta información, había que completar dos tareas cruciales antes de que los segmentos pudieran funcionar como un solo espejo monolítico: alineación gruesa y alineación fina.
Alineación gruesa y fina
En una alineación aproximada, los segmentos del espejo se movieron verticalmente (hacia arriba y hacia abajo) hasta que se alinearon para formar un espejo gigante. Sin embargo, todavía había pequeños errores de alineación que debían corregirse para obtener la mejor imagen posible.
Aquí es donde ocurre la alineación fina. En este proceso, en lugar de mover los segmentos del espejo, se mueven las pequeñas ópticas dentro de la NIRCam.
Cuando el telescopio apunta a una estrella, la luz de la estrella incide primero en el espejo principal, en el que los segmentos individuales ahora están razonablemente bien alineados.
Luego, la luz continúa su camino a través de los espejos secundario y terciario dentro del telescopio y entra al instrumento NIRCam. Durante la alineación fina, la óptica dentro de NIRCam se ajusta con mucho cuidado hasta que la estrella esté completamente enfocada.
Los pasos de alineación gruesa y fina se repiten hasta que se puede obtener la imagen más nítida. La imagen difundida por la Nasa esta semana muestra cómo se ve una estrella cuando se completan estos pasos.
Antes de esto, la Nasa lanzó una imagen “apilada” (probablemente de la misma estrella) en febrero.
Para ello, cada uno de los segmentos individuales del espejo se ajustó para crear 18 imágenes nítidas de la estrella , pero cada una desde un punto de vista ligeramente diferente. Luego, las 18 imágenes se apilaron para producir la siguiente imagen.
Los siguientes pasos
Si bien la prueba exitosa de la NIRCam es un gran avance para el JWST, hay muchos más pasos por completar antes de que pueda alcanzar su potencial.
A continuación, la Nasa observará cómo funcionan los otros instrumentos con imágenes de estrellas y realizará ajustes más precisos en la óptica de esos instrumentos. Después de esto, comenzará la fase de puesta en marcha del instrumento. Además de NIRCam, hay otros tres instrumentos a bordo del JWST: NIRSpec , NIRISS y MIRI.
Mientras que NIRCam proporcionará principalmente imágenes del Universo sobre la parte del infrarrojo cercano del espectro electromagnético, NIRSpec puede dividir esa luz para estudiar diferentes firmas (variaciones en las propiedades de la luz entrante).
NIRISS proporcionará una funcionalidad similar a NIRCam, mientras que MIRI observará el Universo en longitudes de onda mucho más altas (alcanzando el rango infrarrojo medio).
Todos los instrumentos serán llevados a sus temperaturas de trabajo y probados. Ya se han dado algunos pasos iniciales y hasta ahora todos los indicios son buenos. Muchos de los pasos también tienen redundancias incorporadas, lo que significa que si un sistema falla, habrá otra forma de lograr el mismo objetivo.
Puede mantenerse al día con las actividades del JWST en línea.
*Themiya Nanayakkara, astrónomo jefe del Centro de datos australiano James Webb, Universidad tecnológica de Swinburne
