El telescopio espacial James Webb, el más potente de la historia, ya está en el espacio

Para el telescopio espacial más avanzado del mundo y las miles de personas que han trabajado en él durante décadas, el pistoletazo de salida se ha disparado. 

Tras más de un cuarto de siglo de planificación, diseño, construcción y espera -y de pruebas obsesivas del observatorio espacial más complejo jamás montado-, el gigantesco telescopio espacial James Webb se lanzó el 25 de diciembre a la 13:20 p.m., hora española.

Que ese lanzamiento represente un regalo de Navidad para la ciencia o un desenlace catastrófico del 2021 depende de dos cosas: un viaje seguro del cohete hacia el cielo, y las semanas inmediatamente posteriores. Para que la misión del JWST (James Webb Space Telescope, en sus siglas en inglés) tenga éxito, el telescopio debe ejecutar una intrincada serie de maniobras cuidadosamente coreografiadas durante su primer mes en el espacio. Un solo paso en falso podría poner en peligro toda la misión. Y el telescopio debe realizar su difícil danza lejos del alcance de las manos humanas, precipitándose hacia un punto en el espacio a un millón de kilómetros de distancia.

"Se trata de un programa de alto riesgo y altas recompensas", ha declarado la administradora adjunta de la NASA, Pam Melroy, durante una llamada con periodistas el 21 de diciembre. "Tenemos muchas semanas duras y largas por delante, en las que el telescopio tiene que desplegarse perfectamente".

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El riesgo merece la recompensa. Cuando el JWST abra su ojo dorado de 6 metros de ancho, transformará nuestra visión del cosmos y de nosotros mismos. La misión del telescopio es contar la historia del universo, desde unos pocos latidos después de su radiante y sonoro nacimiento, a través del barrido de las edades cósmicas, hasta ahora, cuando los seres humanos son capaces de construir máquinas lo suficientemente potentes como para mirar hacia atrás a los inicios del espacio y el tiempo.

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Con un ojo lo suficientemente sensible como para detectar un abejorro en órbita lunar, el telescopio se asomará a la oscuridad primordial de la que surgieron las estrellas, las galaxias y los planetas, atravesando la oscuridad que ha ocultado la mirada de otros grandes observatorios.

"No hay que pensar en el JWST como un telescopio espacial, sino como un telescopio espacio-temporal", afirma Mark McCaughrean, asesor científico principal de la Agencia Espacial Europea (ESA). "Está haciendo un viaje en el tiempo al mismo tiempo que examina el espacio. Estamos mirando hacia atrás en el universo, cerca del borde del big bang hace 13 800 millones de años".

La última parada del telescopio en la Tierra es el Centro Espacial de la Guayana, en Kourou (Guayana Francesa), un amplio complejo de lanzamiento que limita, por un lado, con la enmarañada selva amazónica y, por otro, con el océano Atlántico. La NASA es responsable de la mayor parte de la factura de 10 000 millones de dólares (8835 millones de euros) de la misión, pero la ESA, uno de los varios socios, proporcionó el cohete Ariane 5 necesario para transportar el telescopio al espacio desde el frondoso puesto tropical.

Al igual que ha pasado con muchos de los proyectos más ambiciosos de la humanidad, el JWST se ha topado con múltiples obstáculos en su camino hacia el espacio. El telescopio ha superado con creces su presupuesto y se lanzará con más de una década de retraso, en parte como consecuencia de unos planes iniciales poco realistas. Pero, como señalan muchos astrónomos, incluso el querido telescopio espacial Hubble tuvo problemas similares.

"El Hubble valía la pena, y el Hubble llegó con retraso. El Hubble se rompió. Y el Hubble cambió el planeta", dice el astrónomo John O'Meara, científico jefe del Observatorio Keck, que ya está trabajando en el diseño del sucesor de Webb. "Mucha de la gente que hoy está descontenta con el Webb va a olvidar su descontento cuando aparezca la primera imagen de campo profundo y se queden alucinados".

Algunos de los retrasos del JWST son el resultado de los errores cometidos durante la construcción del observatorio, como el uso de un disolvente equivocado en sus válvulas de propulsión y la pérdida de varios tornillos durante las pruebas. Más recientemente, el nombre del telescopio ha provocado una controversia entre los astrónomos, a quienes les preocupa que James Webb, administrador de la NASA durante la mayor parte de la década de 1960, haya sido cómplice de la aplicación de políticas homófobas en la agencia, una afirmación que, según la NASA, carece de fundamento.

En el mes previo al lanzamiento, el telescopio sufrió otro percance cuando una abrazadera crucial se soltó inesperadamente, provocando temblores en el observatorio. Luego, un problema de comunicaciones entre el telescopio y los sistemas de tierra en el complejo de lanzamiento retrasó la misión varios días más. Ahora, las inclemencias del tiempo en la Guayana Francesa -donde la estación de las lluvias está comenzando- han mantenido al telescopio en tierra al menos hasta el día de Navidad.

El viaje en cohete del JWST es sólo un primer paso ardiente de su viaje, y es probable que la ansiedad aumente aún más en las semanas posteriores al lanzamiento mientras los astrónomos esperan que el JWST complete su complicada secuencia de despliegue y alcance su posición final en el espacio.

"Si no se despliega bien, va a ser una mierda", dice O'Meara. Pero, añade, incluso un fracaso no sería el fin de las ambiciones de los astrónomos.

"Creo firmemente que la historia que cuenta Webb, como parte de una serie de misiones, es tan convincente que no dejaremos de intentar contarla", afirma O'Meara. "El universo nos está contando cosas muy, muy emocionantes ahora mismo, y no vamos a renunciar a ellas".

Desplegando un ojo de oro en el cielo

El arriesgado diseño del JWST es una consecuencia de los audaces objetivos de la misión: Para ver tan profundamente en el cosmos, el enorme telescopio debe ser lo suficientemente ligero como para hacer el viaje de un millón de kilómetros. Además, deberá ser enfriado a temperaturas extremadamente bajas una vez que llegue allí.

"Diseñar un enorme telescopio que tiene que funcionar en el espacio y estar frío era, y es, un escenario de ingeniería extremadamente desafiante, y eso impulsó todo el diseño de ingeniería", ha dicho el astrofísico de la NASA Amber Straughn durante una reciente conferencia de prensa.

Con seis toneladas, el JWST tiene la mitad de masa que el telescopio espacial Hubble, a pesar de tener un espejo primario que es más del doble de grande. Los ingenieros construyeron ese espejo con berilio, un metal relativamente raro que es más ligero que el aluminio pero más fuerte que el acero. Esculpieron, alisaron y prensaron el metal en 18 segmentos hexagonales, y luego espolvorearon el espejo en forma de panal con oro para ayudar a reflejar la mayor cantidad posible de luz infrarroja.

Los cuatro instrumentos científicos principales del telescopio buscarán longitudes de onda más largas y rojas que las que puede ver el Hubble, es decir, la luz que se ha estirado hacia el infrarrojo al viajar por el universo en constante expansión. La radiación ambiental del propio telescopio, y de los objetos cercanos, puede enmascarar esa preciosa luz a menos que los instrumentos del JWST se mantengan extremadamente fríos. Sin embargo, aunque parezca sorprendente, en cualquier lugar cercano a la órbita de la Tierra, el espacio es relativamente cálido. Por ello, el telescopio lleva un gigantesco parasol de cinco capas hecho de un material brillante y translúcido llamado Kapton

El JWST desplegará su parasol durante la primera semana después del lanzamiento, y una vez que llegue a su destino, el telescopio podrá protegerse del calor y del resplandor del sol y de la Tierra. Entonces, el lado del observatorio que mira hacia la oscuridad del espacio se enfriará a -197 grados centígrados.

El problema es que meter todo ese material en el carenado de un cohete -incluso en uno tan grande como el del Ariane 5- no es posible a menos que el observatorio esté plegado.

Una vez en el espacio, empezará a estirar y desplegar todas esas piezas: primero los paneles solares y el hardware de comunicaciones, luego el parasol, un pequeño espejo secundario y, por último, el ojo en forma de panal. En total, hay 344 puntos de fallo único (término técnico para definir los momentos en el que si falla algo todo el sistema queda inoperantivo) que hay que superar en los 29 días posteriores al lanzamiento, la mayoría de los cuales proceden del parasol multicapa.

Los ingenieros han probado el hardware una y otra vez, pero las salas blancas de la Tierra no simulan realmente la prueba de ser expulsado violentamente de la órbita terrestre y arrojado al reino sin gravedad del espacio profundo.

"Honestamente, diría que hay mucha inquietud y nerviosismo, sabiendo las cosas que pueden salir mal, algunas de las cuales hemos preparado", dice el científico adjunto del telescopio JWST, Marshall Perrin, del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI), que tomará el control del telescopio aproximadamente media hora después del lanzamiento. "Pero siempre están las incógnitas. Hay mucho nerviosismo por todo en esos 29 días al límite".

Una nueva ventana al cosmos

La misión del JWST, a grandes rasgos, es ayudar a contar la historia del universo: cómo la vorágine de partículas, elementos y moléculas que pueblan el universo se combinó de alguna manera para producir estrellas y galaxias y, en última instancia, este mundo habitado.

"Queremos saber: ¿Cómo llegamos aquí desde el big bang? ¿Cómo funcionó?", dice John Mather, científico principal del proyecto JWST. "¿Cómo es posible que los humanos tengan lo que tenemos aquí en la pequeña Tierra?".

Para contar esa historia, los científicos tienen que volver al principio. Pero el universo joven es un miasma de caos y radiación envuelto en la oscuridad. No sabemos realmente cómo o cuándo se encendieron las luces, cómo empezaron a brillar las estrellas en medio de un mar de hidrógeno y helio creado cuando el cosmos explotó hace unos 13 800 millones de años. No sabemos cómo ni cuándo se formaron las primeras galaxias, ni qué aspecto tenían.

Cuando se remonte a los primeros tiempos, el JWST detectará las señales de esas estrellas y galaxias primitivas, que suelen verse como pequeñas motas en la expansión, pero que son cruciales para entender cómo creció el cosmos. Estas observaciones marcarán la primera vez que los científicos podrán ver las formas y composiciones de las estructuras más antiguas del universo.

Tampoco sabemos cómo se formaron los primeros pozos sin fondo del espacio-tiempo que ahora llamamos agujeros negros, ni cómo algunos consiguieron empaquetar rápidamente el material de mil millones de soles en una pequeña bolsa de espacio. "Es un verdadero desafío crear estos agujeros negros tan masivos en los primeros tiempos del universo", afirma Jane Rigby, de la NASA, científica del proyecto de operaciones del JWST.

Además de tomar imágenes, el JWST estudia el cosmos recogiendo la luz y dividiéndola en sus componentes, como un prisma que divide la luz del sol en un salpicón de colores del arco iris. En esos espectros, los científicos pueden ver las firmas de diferentes moléculas, átomos y gases, como el hidrógeno, el nitrógeno, el vapor de agua, el amoníaco, el metano y el dióxido de carbono. Los científicos sabrán qué galaxias fueron las primeras gracias a sus firmas elementales y a la forma en que su luz se ha estirado al volar por el cosmos.

"El espectro es lo que nos dice de qué están hechos los objetos. Las imágenes son hermosas, son espectaculares, nos dicen la morfología, el aspecto de los objetos, pero los astrónomos quieren saber la composición", dijo Antonella Nota de la ESA a los periodistas en noviembre. "Mientras que una imagen vale más que mil palabras, los espectros valen más que mil imágenes".

JWST también mirará más cerca de casa. El observatorio estudiará las galaxias más maduras para aprender cómo evolucionan estas estructuras cósmicas a lo largo del tiempo, y observará las atmósferas de los planetas que orbitan alrededor de otras estrellas dentro de nuestra propia Vía Láctea -mundos alienígenas que podrían ser la clave para entender cómo se forman los planetas, cómo crecen y evolucionan, y cómo algunos de ellos podrían llegar a ser habitables. El telescopio estudiará incluso mundos dentro de nuestro propio sistema solar, como Marte y las lunas heladas de Júpiter y Saturno que, según los científicos, podrían albergar vida en la actualidad.

"Nuestro objeto de estudio científico abarca literalmente todo el universo observable", afirma Rigby.

Mirando más lejos que nunca

O'Meara, que ayudó a decidir qué observaciones hará el telescopio en su primer año de operaciones, dice que es optimista respecto a que la misión será revolucionaria. "Creo que la mitad de la ciencia que permitirá hacer Webb cuando termine su misión no es nada parecido a lo que conocemos hoy", afirma.

Esto ha sido así cada vez que la humanidad ha mirado el cosmos con nuevos ojos. En 1989, cuando los astrónomos empezaron a hablar de un sucesor infrarrojo del telescopio espacial Hubble, sólo tenían una idea parcial de lo que se le pediría al instrumento. En aquel momento, algunos de los objetivos más intrigantes del JWST aún no habían sido descubiertos.

"No lo diseñamos para exoplanetas en absoluto", dice McCaughrean. "No existían".

Los astrónomos encontraron los primeros planetas en órbita alrededor de estrellas lejanas en la década de 1990 y, desde entonces, los cazadores de planetas han revelado que la Vía Láctea está poblada por innumerables mundos alienígenas. Ahora esos mundos lejanos constituyen aproximadamente una cuarta parte de los primeros objetivos de la misión. Pero nos esperaba una sorpresa aún mayor.

En 1995, el astrónomo Bob Williams realizó lo que acabaría siendo un experimento legendario. Como director del STScI, disponía de cierto tiempo de observación del Hubble para hacer lo que quisiera. Y Williams quería apuntar el telescopio a una zona vacía del cielo, del tamaño aproximado de una uña del pulgar, durante más de 100 horas para ver qué aparecía.

No era precisamente una idea popular. "Tenía buenas razones para ello, aunque algunas personas se oponían seriamente", dice Mather.

A muchos les parecía una pérdida de tiempo, ya que no parecía haber nada. Pero cuando esas 100 horas terminaron, Williams y sus colegas habían producido una imagen asombrosa, ahora llamada el Campo Profundo del Hubble. Miles de galaxias lejanas y antiguas salpicaban esa parcela del cielo aparentemente vacía, brillando como joyas multicolores esparcidas por el terciopelo negro. El Hubble había mirado a través del espacio y el tiempo y había demostrado que el cosmos está realmente repleto de galaxias, y que muchas de las galaxias más lejanas eran más grandes y más desarrolladas de lo que los científicos habían esperado.

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Según Mather, en cuanto apareció esa imagen, los astrónomos exigieron que el JWST hiciera lo mismo, mirando aún más lejos y más atrás en el tiempo.

"El campo profundo era tan hermoso y tan desafiante y tan diferente a lo que la gente esperaba", dice Mather. Hizo que los astrónomos pensaran "wow, tengo que perseguir eso".

Algunas de las observaciones que realizará el JWST son similares a las del campo profundo del Hubble. En una pequeña porción de cielo, dice Rigby, decenas de miles de galaxias que eran demasiado débiles para el Hubble saldrán de la oscuridad.

Al igual que muchas misiones anteriores, el JWST tiene el potencial de descubrir algo tan profundamente inesperado que revolucionará la forma en que pensamos sobre nuestro lugar en el cosmos. Cada vez que los científicos miran el universo con ojos más grandes y afilados, ven un amanecer aún más glorioso.

"El universo", dice Mather, "va a ser más complicado de lo jamás habrías imaginado".