Una vez que el observatorio más grande y complejo jamás lanzado al espacio, el Telescopio Espacial James Webb (JWST), reveló las primeras cinco imágenes de prueba a todo color, de ultra alta resolución y precisión sin precedentes, han iniciado oficialmente las operaciones científicas de la misión en lo que se denomina el “primer ciclo” de observaciones que arrojarán imágenes y datos de investigaciones exclusivas e inéditas.
Las primeras cinco fotografías del Webb, presentadas el 11 y 12 de julio pasado, han maravillado al mundo, pero fueron imágenes de prueba sobre objetos ya conocidos y observados, que mostraron el potencial y las capacidades del telescopio espacial; sin embargo, es ahora cuando inicia la verdadera aventura científica que durará los próximos 10 o 20 años. (Ver www.stsci.edu/jwst/science-execution/approved-programs/).
Un grupo exclusivo de científicos de todo el mundo llevará a cabo las primeras investigaciones que han sido seleccionadas por un comité científico internacional, y durante los siguientes seis meses llevarán a cabo proyectos sobre los cuatro grandes temas científicos de la misión: observar el universo primitivo, la evolución de las galaxias, el ciclo de vida de las estrellas y otros mundos.
Entre los primeros proyectos del Webb se encuentra uno donde participa el joven científico mexicano Joel Sánchez Bermúdez, del Instituto de Astronomía de la UNAM, quien integra este grupo privilegiado de científicos que revelarán al mundo imágenes nunca antes vistas. (Ver: www.stsci.edu/jwst/science-execution/approved-programs/dd-ers/program-1349).
Joel Sánchez bermúdez formó parte de uno de los equipo de científicos e ingenieros que desarrolló el sistema de control y detección de frente de onda, que localiza y corrige errores en la óptica del telescopio espacial.
Mexicanos en el desarrollo del JWST
Sin embargo, la participación del investigador mexicano no solo es con una de las primeras observaciones, sino que formó parte de uno de los equipo de científicos e ingenieros que colaboraron en el desarrollo y la construcción del telescopio espacial, que implicó un costo de 11 mil millones de dólares.
Sánchez Bermúdez formó parte del equipo de investigadores encabezado por Anand Sivaramakrishnan, científico de observación del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore (STScI, por sus siglas en inglés), responsable de la óptica avanzada del James Webb, que desarrolló el sistema de control y detección de frente de onda, que localiza y corrige errores en la óptica del telescopio. Participó en el desarrollo del software que analizará los datos interferométricos que reúna el Telescopio Espacial a lo largo de vida útil en el espacio.
Asimismo, trabajó en el desarrollo de un instrumento del telescopio espacial, crucial para generar imágenes de infrarrojo cercano, mismo que fue usado en las cinco imágenes reveladas y que será fundamental para todas sus observaciones; se llama NIRISS (por las siglas en inglés de Instrumento de Imagen en el Infrarrojo Cercano y Espectrógrafo sin Rendija), que le permite al telescopio captar la composición química de los objetos que observa, ya sea una nebulosa, galaxia, estrella o la atmósfera de un exoplaneta.
Sivaramakrishnan recuerda que Sánchez Bermúdez fue parte fundamental de su equipo: “En 2021 capté la atención de los científicos de talla mundial Joel Sánchez, Benjamin Pope y Jens Kammerer, quienes utilizan interferómetros, instrumentos que dividen y recombinan la luz de un objetivo para proporcionar más detalles que una imagen simple. Me ayudaron a ampliar las posibilidades científicas de la nueva máscara que mi equipo colocó en el instrumento NIRISS del James Webb”.
Hace 30 años que inició la idea de la construcción del Webb (en aquel entonces se le llamaba Telescopio Espacial de Nueva Generación), Sánchez Bermúdez todavía no entraba a la escuela primaria, tenía solo cinco años de edad y jamás se imaginó que participaría en el desarrollo de un componente crucial de la misión espacial más ambiciosa de las últimas tres décadas.
Pero esta no es la única participación mexicana: Aida Wofford, del Instituto de Astronomía de la UNAM, Campus Ensenada, fue parte del equipo de científicos e ingenieros que calibraron el espectrógrafo NIRSpec, del Telescopio James Webb.
NIRSpec fue construido para la Agencia Espacial Europea y por Airbus Industries, es una de las herramientas versátiles de Webb para espectroscopía de infrarrojo cercano y puede capturar espectros individuales de docenas de objetos al mismo tiempo que lo hace ideal para estudiar galaxias débiles y extremadamente distantes.
“Seremos la primera generación de seres humanos que observará las primeras estrellas y las primeras galaxias que se formaron en el Universo, eso nunca lo hemos visto y ayudará a construir mejor nuestras teorías sobre cómo se formaron”, señala Wofford. “También podremos observar las primeras trazas de vida, como la conocemos, en planetas de otros sistemas solares”.
La joven investigadora espera iniciar su investigación en el segundo ciclo de proyectos del James Webb. Junto con un equipo de 12 colegas mexicanos y estadounidenses buscarán responder por qué en el Universo la mayoría de las estrellas son en promedio como nuestro Sol, y por qué son menos frecuentes las estrellas con entre 10 y 100 veces la masa del Sol.
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Portento tecnológico
El JWST fue lanzado por la NASA al espacio el pasado 25 de diciembre, luego de 30 años de planeación, 19 años de desarrollo, una inversión de 11 mil millones de dólares y retrasos de casi 10 años. Pesa más de 6 toneladas y orbita alrededor del Sol a 1 millón 500 mil kilómetros de distancia de la Tierra, casi cuatro veces la distancia de la Luna.
A lo largo de seis meses se desplegó como un origami gigante de 21 metros de largo por 14 de ancho, en un complejo proceso compuesto por 344 pasos cuidadosamente cronometrados que se llevaron a cabo sin ningún contratiempo y con gran precisión. Entre ellos, desplegó y calibró su espejo primario compuesto por 18 segmentos hexagonales de berilio teñidos de oro configurados en forma de panal, con 6.5 metros de diámetro, casi tres veces el tamaño del telescopio espacial Hubble (de 2.5 metros).
Su óptica adaptativa permite un movimiento independiente y coordinado de todas las piezas del espejo. Lleva cuatro instrumentos científicos de última generación que le permiten al Webb observar el Universo primitivo, solo 200 millones de años después del Big Bang, cuando el cosmos tenía el 5% de su edad actual, de 13 mil 800 millones de años.
El telescopio tiene un escudo solar compuesto de cinco capas de un material llamado kapton, muy ligero y resistente recubierto de aluminio y silicio, que lo protege de la radiación solar y evita el calentamiento de sus instrumentos que deben trabajar a 233 grados Celsius bajo cero o 40 Kelvin.
El JWST es 100 veces más potente que el Hubble y cuenta con tecnologías de vanguardia sin precedentes que permitirán observar algunos de los objetos más lejanos y antiguos de la historia cósmica.
“Es una gran responsabilidad. Me llena de mucha ilusión poder usar tan pronto el JWST y ser parte de todo este esfuerzo. Buscamos entender cómo se forma el polvo en las estrellas binarias y masivas”.
Joel Sánchez Bermúdez
Primeros meses de operación
Las primeras observaciones del James Webb, llamadas de tiempo garantizado (GTO, por sus siglas en inglés), las llevarán a cabo los científicos que ayudaron a desarrollar los componentes clave de hardware y software del telescopio o que generaron los conocimientos técnicos e interdisciplinarios cruciales para el observatorio. (https://www.stsci.edu/jwst/science-execution/approved-programs/cycle-1-gto)
A ellos se destinará el 16% del tiempo de uso del observatorio durante los primeros 3 ciclos de operación, es decir, durante los próximos tres años. Los temas que investigará son los siguientes: enanas marrones; cúmulos de galaxias; discos de desechos y regiones de fotodisociación; campos profundos; planetas extrasolares; ensamblaje de galaxias y cuásares de alto corrimiento al rojo; protoestrellas, discos protoestelares y objetos estelares jóvenes; Sistema Solar; cúmulos estelares, regiones de formación estelar, nebulosas planetarias y transitorios galácticos; y galaxias objetivo.
Entre estas investigaciones de física o formación estelar se encuentra un proyecto encabezado por Ryan M. Lau, del Instituto Tecnológico de California, llamado “Desentrañando la enigmática formación de polvo de los binarios Wolf-Rayet”, donde participa Joel Sánchez Bermúdez.
“Es una gran responsabilidad. Me llena de mucha ilusión poder usar tan pronto el JWST y ser parte de todo este esfuerzo”, expresa Sánchez Bermúdez. “Buscamos entender cómo se forma el polvo en las estrellas binarias y masivas”.
El propósito del proyecto es entender la formación de polvo en las galaxias primitivas, ingrediente sustancial en la formación de estrellas y planetas. Sin embargo, aún no están claros muchos aspectos de la producción del polvo a lo largo del tiempo cósmico.
“Es una gran responsabilidad. Me llena de mucha ilusión poder usar tan pronto el JWST y ser parte de todo este esfuerzo”, expresa Sánchez Bermúdez. “Buscamos entender cómo se forma el polvo en las estrellas binarias y masivas”.
El equipo de Sánchez Bermúdez aprovechará la sensibilidad y resolución sin precedentes del James Webb para abordar este enigma analizando la abundancia, la composición y las tasas de producción de polvo de un par de estrellas binarias Wolf-Rayet (WR) 140, que se encuentran en colisión a 6 mil años luz de distancia en nuestra galaxia y producen una gran cantidad de polvo y viento.
Los investigadores analizarán la abundancia, composición y las tasas de producción de polvo de un par de estrellas binarias Wolf-Rayet (WR) 140 con 8 veces la masa del Sol, que se encuentran en colisión a 6 mil años luz, en nuestra galaxia y producen una gran cantidad de polvo y viento.
Utilizarán dos modos de observación clave de JWST: el espectrómetro de resolución media (MRS) en el instrumento de infrarrojo medio (MIRI), el modo de interferometría de enmascaramiento de apertura (AMI) y el espectrógrafo sin ranura NIRISS. Con ellos obtendrán imágenes y datos con los que podrán determinar los elementos o compuestos químicos de los polvos recién formados y estudiarán su evolución.
Estiman que probablemente este tipo de objetos existieron en las primeras galaxias que se formaron después del Big Bang. Tanto la sensibilidad como la alta resolución angular en longitudes de onda de infrarrojo del James Webb permitirán conocer, por primera vez, la naturaleza de este polvo que se forma en estos objetos binarios y primitivos.
“Nuestras observaciones producirán resultados científicos de alto impacto sobre las propiedades de formación de polvo de los WR binarios y establecerán un punto de referencia para los modos de observación clave para obtener imágenes de fuentes brillantes con una emisión extendida tenue”, señalan los investigadores en su proyecto de investigación.
Esto será valioso en varios contextos astrofísicos, incluida la pérdida de masa de estrellas evolucionadas, toros polvorientos alrededor de núcleos galácticos activos y discos protoplanetarios. También generarán diversas técnicas útiles o “plantillas” con los instrumentos del Webb, para observar otros objetos brillantes que limitan el contraste de las imágenes como nebulosas planetarias y otras fuentes de polvo en el Universo primitivo.
