La primera imagen publicada por Webb comprime miles de galaxias en un pequeño marco. Parte de esa luz dejó su fuente hace aproximadamente 13 mil millones de años. Esa imagen única resume por qué existe el Telescopio Espacial James Webb.
Webb es el telescopio más grande jamás colocado en el espacio, equipado con instrumentos lo suficientemente sensibles y agudos para detectar objetos demasiado antiguos, demasiado lejanos o demasiado débiles para que el Telescopio Espacial Hubble los registre. Para llegar allí fue necesario una nave espacial que se despliegue en vuelo, un escudo solar del tamaño de una cancha de tenis y una órbita elegida específicamente para que nada cálido obstruya nunca la vista.
Lo que sigue es menos un recorrido por imágenes hermosas que una mirada a las decisiones de ingeniería detrás de ellas: dónde se ubica Webb, qué tan frío debe estar, qué casi salió mal con su espejo y qué ha encontrado hasta ahora.
El Primer Campo Profundo de Webb: Un Solo Píxel del Cielo
La imagen que presentó Webb al público se llama Primer Campo Profundo de Webb, y está llena de mucho más de lo que parece. Entre los miles de galaxias amontonadas en ese pequeño parche de cielo, algunas se estima que tienen unos 13 mil millones de años, lo que significa que su luz partió poco después de que el universo mismo comenzara.
Esa densidad es el punto de un campo profundo: en lugar de apuntar a un objetivo, el telescopio fija una región aparentemente vacía el tiempo suficiente para que la luz débil y distante se acumule. Es un tipo extraño de registro: no la imagen más grande o más brillante, sino una mirada hacia atrás a través de la mayor parte de la historia cósmica en una sola exposición.
Una Dirección Permanente a un Millón de Millas de Distancia
A diferencia de Hubble, que orbita la Tierra a algunas cientos de millas de altura, Webb no orbita nuestro planeta en absoluto. Orbita el Sol, manteniendo posición cerca de un punto de equilibrio gravitatorio llamado el segundo punto de Lagrange, o L2, aproximadamente 1,5 millones de kilómetros, alrededor de 1 millón de millas, de la Tierra.
Esa distancia no es arbitraria. El punto de Lagrange vecino, L1, se encuentra a la misma distancia de 1,5 millones de kilómetros en el lado más cercano, hacia el Sol, y ya es una zona concurrida: observatorios solares incluyendo DSCOVR, WIND, SOHO y ACE todos están vigentes desde allí. Webb necesitaba el lado opuesto en su lugar, donde la Tierra, la Luna y el Sol permanecen convenientemente fuera de su línea de vista.
Esa posición genera beneficios constantemente. Hubble se desliza dentro y fuera de la sombra de la Tierra cada 90 minutos, interrumpiendo su vista en un horario estricto. La ubicación distante de Webb le da una línea de vista ininterrumpida, por lo que puede ejecutar operaciones científicas continuamente, día y noche, sin sombras que esquivar.
Un Mes de Deriva, Gracias a un Lanzamiento Preciso
Llegar a L2 no fue instantáneo. El viaje tomó aproximadamente 30 días desde el lanzamiento hasta el inicio de la órbita operativa de Webb, pero el telescopio cubrió la distancia de la órbita lunar, aproximadamente una cuarta parte de ese viaje, en solo 3 días. El resto del viaje fue una larga y lenta deriva contra la gravedad.
Esa deriva resultó ser más económica de lo planeado. El cohete Ariane 5 de Webb lo colocó en una trayectoria tan precisa que el telescopio solo necesitaba quemar una pequeña cantidad de su combustible a bordo para corregir el curso hacia L2. El combustible ahorrado se traduce directamente en tiempo de misión, y los ingenieros ahora esperan que Webb continúe operando bien más allá de la vida útil de 10 años originalmente planeada.
Lo Suficientemente Frío para Capturar la Primera Luz Estelar
La débil luz infrarroja de las galaxias más antiguas es fácil de ahogar, y la mayor fuente de interferencia sería el telescopio mismo. Un escudo solar construido con cinco capas separadas resuelve este problema manteniendo los instrumentos de Webb enfriados a menos 388 grados Fahrenheit, lo suficientemente frío para que el calor propio del observatorio nunca abrume la señal que intenta detectar.
Un instrumento necesita funcionar aún más frío que eso. MIRI, el instrumento de infrarrojo medio de Webb, opera a solo 7 kelvins, unos pasos por encima de la temperatura más baja alcanzable, por lo que puede registrar las longitudes de onda infrarroja más largas y débiles que los otros detectores del telescopio no pueden alcanzar.
Desplegar un Origami de 10 Mil Millones de Dólares
Webb fue lanzado el día de Navidad a bordo de ese cohete Ariane 5, pero llegar a órbita fue solo la mitad del trabajo. Plegado para caber dentro del carenado del cohete, el telescopio de 10 mil millones de dólares pasó su viaje de un mes desplegándose a sí mismo, reconfigurando espejos y estructuras de apoyo en la forma que mantendrían durante el resto de la misión. Cada uno de esos pasos tuvo que tener éxito sin astronautas cerca para reparar un error.
Ese precio y esa dependencia de un despliegue robótico impecable explica por qué los ingenieros describen las primeras semanas de la misión como algunas de las más tensas en la historia reciente de la NASA. Una sola bisagra atascada o cierre defectuoso podría haber terminado la misión antes de que produjera una sola imagen.
Un Espejo que Tuvo que Aprender a Enfocarse
Desplegar correctamente fue solo el primer paso; los segmentos del espejo luego tuvieron que alinearse entre sí con la suficiente precisión para actuar como una superficie única. Al principio no lo hicieron: los 18 segmentos individuales producían cada uno su propia imagen borrosa de la misma estrella objetivo, en lugar de un punto de luz agudo.
Arreglarlo requería una técnica llamada dispersed fringe sensing, que comparaba imágenes de 20 parejas diferentes de segmentos de espejo para corregir la mayoría de los desalineamientos en un paso que los ingenieros llaman Phasing Grueso. El espejo tampoco terminó de recibir golpes después de eso. En mayo de 2022, una micrometeoroides del tamaño de una mota de polvo golpeó uno de los segmentos del espejo de Webb, catalogado como C3, en un impacto entre el 23 y 25 de mayo que resultó ser el quinto y mayor golpe de este tipo desde el lanzamiento. Los ingenieros tuvieron que compensar usando uno de los actuadores integrados del espejo, una reparación reportada en junio.
Nombrado en Honor a un Hombre que Nunca lo Vio Volar
El nombre del telescopio predace su hardware por décadas. Honra a James E. Webb, quien sirvió como administrador de la NASA de 1961 a 1968, un período que cubrió los programas Mercury, Gemini y Apollo y el preludio a los alunizajes. Webb dirigió la agencia durante su era más famosa pero murió mucho antes de que cualquier hardware de su homónimo dejara el suelo.
Mirando Atrás hacia el Amanecer Cósmico
El campo profundo fue solo una actuación de apertura. En mayo de 2024, Webb identificó la galaxia más lejana conocida jamás registrada: JADES-GS-z14-0, cuya luz partió solo 290 millones de años después del Big Bang, colocándola en corrimiento al rojo 14,32. Es una instantánea del universo en su infancia más temprana, mucho antes de que la mayoría de las galaxias tuvieran tiempo para formarse.
Alrededor del mismo período, investigadores que utilizaban datos de Webb reportaron evidencia de un agujero negro en crecimiento activo en una galaxia llamada GHZ2, detectado con corrimiento al rojo 12,34 cuando el universo tenía menos de 400 millones de años, el agujero negro más distante encontrado hasta ahora. Encontrar un agujero negro tan maduro tan pronto desafía suposiciones sobre qué tan rápido pueden crecer estos objetos.
Un Instrumento Construido para Leer 200 Objetos Simultáneamente
Detectar galaxias distantes es una cosa; leer la huella digital química de su luz es otra, y ese es el trabajo de NIRSpec, el espectrógrafo de infrarrojo cercano de Webb. Puede capturar los espectros de hasta 200 objetos separados simultáneamente, todos dentro de un parche de cielo que mide solo 3,4 por 3,6 minutos de arco.
Ese multiplexado es lo que permite a Webb construir catálogos grandes de galaxias del universo temprano de manera eficiente en lugar de un objetivo a la vez. Combinado con la capacidad de imagen profunda que produjo el Primer Campo Profundo de Webb, convierte un único apuntamiento del telescopio en un conjunto de datos que puede mantener ocupados a los astrónomos durante años.