James Webb: así descubrirá algunos de los secretos mejor guardados del Universo

El 25 de diciembre entramos en una nueva era de la astronomía con el lanzamiento del telescopio espacial James Webb (JWST). Es un evento que se ha anticipado durante una década: será el telescopio más grande, costoso y complejo jamás construido, probado y lanzado al espacio.

Su potencial científico es enorme: JSTW podría responder algunas de las preguntas más importantes sobre el Universo.

JWST a menudo se factura como un reemplazo del telescopio espacial Hubble, pero preferiría verlo como un sucesor. Hubble ha funcionado durante más de 30 años y nos ha brindado vistas asombrosas del Universo y muchos miles de resultados científicos. Esperamos y anticipamos que seguirá funcionando durante muchos años más.

Pero el espejo relativamente pequeño de 2,4 metros de diámetro, en comparación con los telescopios terrestres, limita su sensibilidad y capacidad para observar los objetos más débiles. Además, aunque el Hubble tiene cierta capacidad para observar en luz infrarroja, no puede acceder a las longitudes de onda de la luz de las estrellas y galaxias más antiguas. Sin embargo, JWST podrá hacerlo. Incluso puede ver estrellas de Población III (estrellas que se formaron a partir de material primordial del Big Bang) que nunca antes se habían vislumbrado.

Saber cuándo se formaron las primeras estrellas, poco después del Big Bang, y comprender cómo produjeron los bloques de construcción de las primeras galaxias es una cuestión científica importante y uno de los principales objetivos científicos de JWST. Sabemos que los elementos que se necesitan para la vida y la tecnología moderna, como el carbono, la silicona y el oro, se crearon en última instancia en las estrellas tempranas, pero actualmente no tenemos una buena comprensión de cómo sucedió esto.

La necesidad de detectar objetos débiles en el Universo distante ha sido un factor importante para el diseño del observatorio, determinando su tamaño, cobertura de longitud de onda y la necesidad de mantenerlo muy frío para minimizar la luz de fondo indeseable.

El estudio de las primeras estrellas y galaxias no es el único programa científico que realizará JWST. Está concebido como un observatorio de propósito general en el que los astrónomos de todo el mundo pueden solicitar tiempo para apoyar su investigación. Por ejemplo, observar en el infrarrojo permitirá a JWST ver a través de las nubes de polvo que envuelven estrellas muy jóvenes, que son opacas a la luz visible.

A diferencia del Hubble, podrá ver directamente en los “viveros estelares”, donde están naciendo las estrellas y sus sistemas planetarios. Las observaciones responderán preguntas sobre cómo las nubes de polvo y gas colapsan para formar estrellas y cómo se forman los sistemas planetarios a su alrededor.

Cuando se discutieron los primeros planes para JWST hace más de 20 años, no se conocían planetas aparte de los de nuestro propio Sistema Solar. Desde entonces, los astrónomos han descubierto miles de planetas orbitando otras estrellas de nuestra galaxia (exoplanetas). Una fracción significativa del programa de observación del JWST se dedicará al estudio de sus atmósferas. La cobertura de longitud de onda de JWST está particularmente bien adaptada al estudio de moléculas en atmósferas de exoplanetas y el fondo infrarrojo bajo del espacio, lo que le da una ventaja considerable sobre los telescopios terrestres.

Hay dos técnicas disponibles. Uno aprovecha el hecho de que los planetas pueden pasar frente a su estrella madre (llamado tránsito), creando una caída en la luz que vemos desde ella. Analizando la luz, desglosada por longitud de onda, con gran precisión antes y durante un tránsito, podemos sondear la atmósfera del planeta para descubrir en qué moléculas se compone. Otra técnica utiliza un instrumento especial llamado “coronógrafo” para bloquear la luz de la estrella madre y permitir imágenes directas del planeta y estudiar su atmósfera o superficie. Esto podría ayudar a desvelar si un planeta es adecuado para la vida, quizás justificando una mayor investigación y algún día enviando mini sondas espaciales allí.

El objetivo final es encontrar un planeta similar a la Tierra, pero requeriría una combinación de circunstancias muy afortunada, porque es probable que sean raras en el vecindario solar y muy débiles en comparación con la estrella madre. Lo más probable es que JWST estudie “gigantes gaseosos” como Júpiter y Saturno o “gigantes de hielo” similares a Urano y Neptuno en nuestro propio Sistema Solar. Ninguno de los sistemas planetarios conocidos se parece al nuestro, con muchos planetas gigantes en órbitas más cercanas que el nuestro, y un calentamiento más extremo de sus atmósferas y condiciones climáticas más dinámicas.

Además de estudiar planetas fuera de nuestro Sistema Solar, JWST podrá observar nuestro sistema planetario de origen. Su gran sensibilidad permitirá la identificación y caracterización de cometas y otros cuerpos helados en las regiones ultraperiféricas del Sistema Solar. En una ubicación tan remota, estos objetos prácticamente no han cambiado desde su formación y pueden contener pistas sobre los orígenes de la Tierra, en particular la fuente de su agua, que puede ser el resultado del bombardeo de tales cuerpos al principio de su vida.

JWST también podrá observar todos los planetas que se encuentran fuera de la órbita terrestre del Sol, estudiando sus atmósferas y las variaciones climáticas estacionales.

Los planes detallados y las ideas de lo que se descubrirá son una justificación esencial para el gasto de construir un telescopio ambicioso y revolucionario como el JWST. Pero habrá descubrimientos que nadie puede anticipar. Cuando se lanzó el Hubble, la idea de los exoplanetas era en gran parte ciencia ficción, pero el estudio de los exoplanetas se convirtió en una de sus principales tareas. Me pregunto qué ciencia sorprendente nos espera con JWST.

*Martin Barstow, catedrático de Astrofísica y Ciencias Espaciales, Universidad de Leicester