El telescopio espacial James Webb, el observatorio espacial más grande y sofisticado jamás construido, ha estado enviando imágenes y datos durante casi un año completo, y en ese tiempo ha entregado un tesoro de información sobre todo, desde estrellas y sistemas planetarios en nuestro propio vecindario galáctico a galaxias distantes que se formaron cuando el universo tenía una pequeña fracción de su edad actual. Webb también ha enviado imágenes impresionantes que superan las obtenidas por su famoso predecesor, el Telescopio Espacial Hubble .

Webb y Hubble son instrumentos bastante diferentes. Para empezar, mientras que el Hubble es principalmente sensible a la luz visible, Webb registra la luz infrarroja que es invisible a simple vista. Estas longitudes de onda de luz más largas atraviesan nubes de gas y polvo que bloquean la luz visible, lo que permite que el telescopio vea más allá de tales obstáculos. También tiene una ventaja de tamaño: mientras que el espejo principal del Hubble tiene 8 pies de ancho, Webb emplea una matriz de 18 pequeños espejos hexagonales que funcionan como un solo espejo de 21 pies de ancho.

“Todos los días me sorprende el logro tecnológico que representa este observatorio”, dice Sasha Hinkley, astrónoma de la Universidad de Exeter en Inglaterra. “Realmente se debe a los miles de científicos e ingenieros que han estado trabajando en él durante 20 años. Cuando veo una de estas increíbles imágenes, siempre me detengo a pensar en los cientos de hombres y mujeres que hicieron que esto sucediera”.

El observatorio de 10.000 millones de dólares, construido por la NASA junto con la Agencia Espacial Canadiense y la Agencia Espacial Europea, fue lanzado el 25 de diciembre de 2021 y sus primeras imágenes se hicieron públicas el 11 de julio del año pasado. Desde entonces, Webb ha producido muchas más imágenes esclarecedoras, y hemos elegido nuestras favoritas y detallado su importancia a continuación.

Una imagen icónica se actualiza

Es casi seguro que haya visto la icónica imagen del telescopio espacial Hubble denominada «Los pilares de la creación». Muestra nubes ondulantes de gas oscuro, parte de la Nebulosa del Águila, contra un fondo brillante y colorido, con cientos de estrellas titilando delante y detrás de la estructura. Pero a pesar de lo sorprendente que fue la imagen del Hubble, Webb ha revelado aún más de esta escena. Para empezar, ha puesto a la vista las jóvenes estrellas rojas que se esparcen por las nubes nebulosas. Los astrónomos las llaman «protoestrellas», porque aún no son lo suficientemente masivas ni lo suficientemente calientes como para quemar hidrógeno en sus núcleos.

Estas estrellas jóvenes quedaron oscurecidas detrás del polvo y el gas en la imagen original del Hubble, explica Anton Koekemoer, astrónomo del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore. “Debido a que estas nubes son tan densas y llenas de polvo, cuando el Hubble las miró, solo vio su superficie exterior”, dice. “Realmente no podíamos mirar dentro de ellos”.

Ahora, gracias al poder de penetración de polvo de Webb, los astrónomos pueden vislumbrar estas regiones de formación de estrellas en el interior de la nebulosa, que se encuentra a unos 7.000 años luz de la Tierra. Koekemoer lo describe como un «laboratorio» para estudiar la formación estelar. Con Webb, «ahora podemos comenzar a ver, con gran detalle, estas densas regiones de gas y polvo, y cómo se están formando nuevas estrellas dentro de estos ‘pilares'».

Capturando un exoplaneta

A estas alturas, los astrónomos han inferido la existencia de miles de exoplanetas, planetas que orbitan estrellas más allá de nuestro propio sistema solar. Pero, en realidad, fotografiar estos mundos distantes es un desafío, principalmente porque su tenue luz se ve superada por la luz de su estrella anfitriona. No obstante, el nuevo telescopio lo logró, tomando imágenes de un planeta llamado HIP 65426 b utilizando un instrumento llamado coronógrafo que bloquea la luz de la estrella.

Se cree que HIP 65426 b es un planeta gigante gaseoso, media docena de veces el tamaño de Júpiter; orbita su estrella anfitriona a una distancia unas 100 veces mayor que la distancia entre la Tierra y el sol. Sin una superficie sólida, es poco probable que el exoplaneta sea habitable, pero simplemente poder fotografiarlo es un logro.

“Estas primeras observaciones nos muestran que JWST es aún más sensible de lo que esperábamos”, dice Hinkley. “Su rendimiento es mejor de lo que esperábamos. Lo que significa que ahora podemos ser realmente ambiciosos y buscar exoplanetas que estaban fuera del alcance de otros instrumentos”.

Sondeando una atmósfera planetaria

Uno de los logros más notables de Webb es su capacidad para recopilar información sobre las atmósferas de los planetas que orbitan estrellas a cientos de años luz de la Tierra. Uno de ellos es un planeta gigante gaseoso denominado WASP-39 b, que es aproximadamente tan masivo como Saturno pero gira alrededor de su estrella anfitriona en una órbita mucho más estrecha que la órbita de Mercurio alrededor del sol.

Los astrónomos utilizaron instrumentos a bordo de Webb para registrar el espectro de la atmósfera del planeta, lo que a su vez proporciona pistas sobre qué sustancias químicas se encuentran allí. Y han descubierto una gran cantidad de gases atómicos y moleculares, incluidos vapor de agua, dióxido de azufre, monóxido de carbono, sodio y potasio.

“La verdadera sorpresa fue el dióxido de azufre”, dice Laura Flagg, investigadora asociada postdoctoral en la Universidad de Cornell. El planeta está tan caliente que los procesos que normalmente conducen a la creación de dióxido de azufre no deberían estar ocurriendo, lo que significa que las reacciones menos comunes, como la fotoquímica , son probablemente las responsables. Se desencadena una reacción fotoquímica cuando la luz intensa golpea ciertos compuestos; en este caso, la luz de la estrella anfitriona golpea las moléculas de agua en la atmósfera del planeta.

Obtener una visión tan detallada de la química de este exoplaneta es «un gran paso adelante», dice Flagg. “La precisión que estamos viendo no se parece a nada que hayamos tenido antes”.

Emergen detalles espectaculares de “Cosmic Cliffs”

Una de las imágenes más impactantes de Webb hasta el momento es la de los llamados “Acantilados Cósmicos”, una nube de gas y polvo en la Nebulosa de Carina, ubicada a unos 7.500 años luz de la Tierra. La región obtuvo su apodo porque los «acantilados» gaseosos parecen una cadena montañosa, aunque las estructuras son en realidad nubes de polvo erosionadas por ráfagas de luz ultravioleta de estrellas recién formadas. Lo que parece vapor saliendo de las «montañas» celestiales es en realidad gas ionizado y polvo caliente que es expulsado por la radiación.

Al igual que con muchos de los objetivos de Webb, los astrónomos ya conocían esta región nebulosa, pero adquiere una apariencia completamente nueva gracias a la capacidad del observatorio para ver en el infrarrojo, lo que le permite penetrar nubes de polvo que habrían obstaculizado el telescopio espacial Hubble. así como telescopios terrestres.

Una familia de galaxias interactúa

Una de las primeras imágenes de Webb fue de un grupo de galaxias muy agrupadas conocido como Quinteto de Stephan. Cuatro de las cinco galaxias de la imagen interactúan entre sí gravitatoriamente; el quinto está en realidad en primer plano y simplemente parece ser parte del grupo.

Los cúmulos como Stephan’s Quintet ofrecen la oportunidad de estudiar cómo las galaxias interactúan y, a veces, se fusionan. Los físicos creen que las fusiones de galaxias habrían sido comunes en el universo primitivo y que tales fusiones fueron una de las principales formas en que las grandes galaxias, como las que observamos hoy, llegaron a existir. Estas interacciones entre galaxias también pueden desencadenar la formación de estrellas y la formación de agujeros negros. Se cree que la galaxia conocida como NGC 7319 (la galaxia superior en la imagen) alberga un agujero negro supermasivo con una masa de unas 24 millones de veces la del sol.

Las extrañas ondas de una estrella hablan de ráfagas de viento estelar

Una de las imágenes más inusuales de Webb es la que tomó de una estrella conocida como WR 140. La estrella Wolf-Rayet, como se clasifica, es un tipo de estrella inusualmente caliente con helio ionizado, nitrógeno y carbono en su atmósfera. Pero lo que llama la atención del WR 140 es la serie de anillos concéntricos no del todo circulares que lo rodean. Si bien el efecto podría confundirse con un artefacto de la forma en que se produjo la imagen, los astrónomos dicen que en este caso los anillos son bastante reales.

Los investigadores creen que los anillos son capas de material que rodean a la estrella, que en realidad es un sistema estelar doble. Cada vez que las dos estrellas están más cerca una de la otra, lo que sucede cada ocho años, emiten una mayor cantidad de » viento estelar «, o corrientes de partículas cargadas que empujan contra cualquier gas y polvo que haya en el vecindario. El espacio uniforme entre las capas sugiere que se están creando a intervalos regulares. Los astrónomos pueden contar 17 de estas conchas, que dan testimonio de 130 años de formación de polvo.

Revelando las profundidades del espacio

En 1995, el Telescopio Espacial Hubble apuntó a un parche anodino del cielo mientras sus cámaras registraban diez días de datos. La imagen resultante, conocida como Campo Profundo del Hubble , reveló unos 3.000 objetos previamente desconocidos, la mayoría de ellos galaxias distantes.

El verano pasado, Webb repitió esa hazaña y se convirtió en la primera imagen pública del telescopio, revelada por el presidente estadounidense Joe Biden en julio pasado. Pero la nueva imagen se produjo mucho más rápidamente que la del Hubble. «Esta imagen de Webb tomó alrededor de 12 horas, una pequeña fracción del tiempo necesario para la imagen del Hubble», dice Sarah Kendrew, astrónoma de la Agencia Espacial Europea con sede en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial.

Un cúmulo de galaxias conocido como SMACS 0723, ubicado a casi 5 mil millones de años luz de la Tierra, domina la imagen. Pero la masa combinada de este cúmulo de galaxias actúa como una » lente gravitatoria «, dando una vista ampliada de galaxias más distantes en el fondo. El efecto de lente también crea docenas de arcos de luz curvos, que se pueden ver en la imagen. La imagen, dice Kendrew, «fue realmente una señal de lo que vendría de este observatorio».

https://www.smithsonianmag.com/science-nature/one-year-in-the-james-webb-space-telescope-has-allowed-for-stunning-discoveries-180982466/