Macarena García Marín, canaria y especialista en Astrofísica para la Agencia Espacial Europea, lidera un equipo encargado de uno de los cuatro instrumentos que componen el Telescopio. Apodado como MIRI, se trata de una elemento que permitirá obtener imágenes a una temperatura por debajo de los 266 grados Celsius. Cada uno de estos cuatro accesorios base tardaron más de una década en construirse.

El funcionamiento del nuevo telescopio de la NASA trabaja en longitudes de onda de infrarrojo cercano y medio. El profesor Ismael Pérez Fournon comentó la importancia de esta radiación infrarroja, que permitirá rescatar más información de lugares como las nebulosas. El docente de la ULL y miembro del IAC espera que «cualquier proyecto astronómico se vea beneficiado con su próxima puesta en marcha».

El futuro cercano

El principal objetivo que se vincula al Telescopio James Webb es el de indagar en aquellos cuerpos celestes más lejanos. Los nacimientos de las primeras estrellas, así como las primitivas galaxias son una de las optimizaciones clave de su construcción. También tendrá un papel importante en el análisis atmosférico de exoplanetas, un estudio con el que se busca determinar si existen condiciones ideales para la formación de vida extraterrestre.

Según informó Macarena García, la calibración de la maquinaria no cesará hasta finales de junio. Asimismo, será en julio cuando se muestren las primeras imágenes al público y comiencen a compartir con el mundo el potencial de su capacidad. Se espera que se mantenga en órbita alrededor de diez o quince años. Una estimación que tiene su origen en el combustible que utiliza en su lanzamiento, que se reduce de manera significativa ante la alta precisión conseguida en su trayectoria.

La colaboración internacional de más de 17 países y el presupuesto, que ascendió a los 8800 millones de euros, permitieron que el pasado 25 de diciembre de 2021 se lanzase el observatorio. Se trata de una misión que llevó más de 25 años de desarrollo y que, en el futuro, ayudará a entender el Universo más aún de cómo lo hizo el Hubble.

El hallazgo se logró tras las observaciones realizadas con el Observatorio Espacial Herschel, con el experimento APEX y con el interferómetro ALMA. Con ello, se ha detectado esta combinación en las profundidades del espacio, cuando la edad del Universo era una décima parte de la actual.

La Agencia Espacial Europea puso en órbita en 2009 el Herschel, el primero capaz de abarcar el espectro del infrarrojo lejano en su totalidad. Utilizándolo, el grupo investigador se fijó en lo que parecía un único objeto cósmico con colores rojos y decidieron estudiarlo en más detalle con APEX y ALMA. El primero de ellos es un radiotelescopio de 12 metros de diámetro ubicado en el desierto de Atacama en Chile, que fue la primera piedra para el ALMA, un grupo de 66 radiotelescopios de 7 y 12 metros situados en la misma zona.

«Se cree que la duración de los brotes de formación estelar polvorientos es relativamente corta»

Iván Oteo, que actualmente trabaja para el Instituto de Astronomía de la Universidad de Edimburgo y para el Observatorio Europeo Austral, destaca lo poco frecuente que es captar un fenómeno de este tipo. «Se cree que la duración de los brotes de formación estelar polvorientos es relativamente corta», explica. Asimismo, añade que estas galaxias suelen ser minoría, en cualquier momento y en cualquier rincón, por lo tanto, encontrar numerosos brotes brillando al mismo tiempo de ese modo «es muy desconcertante». Se trata de algo que, a su juicio, todavía es necesario comprender.

Ismael Pérez Fournon, investigador también de las dos instituciones canarias, comenta que mediante los datos de ALMA, de resolución y sensibilidad superiores, han sido capaces de analizar todo con mayor exactitud.

Helmut Dannerbauer, también profesional del IAC y la ULL involucrado en el descubrimiento, resalta la diferencia existente entre «los modelos teóricos y computacionales actuales, que sugieren que este tipo de cúmulos tan masivos habría necesitado mucho más tiempo para evolucionar».

“Es la primera vez que vemos una estrella individual magnificada tan lejana”, explica Patrick Kelly, investigador de la Universidad de Minnesota y líder de este estudio. Y añade: “Somos capaces de ver galaxias muy lejanas, pero esta está 100 veces más lejos que la siguiente individual que podemos analizar, excepto si contamos las explosiones de supernova ”.

La peculiaridad cósmica que ha permitido verla es un fenómeno conocido como “lente gravitacional”. La gravedad de un cúmulo muy masivo de galaxias actúa como una gran lupa cósmica amplificando la luz de objetos más distantes. En este caso, la lente natural está creada por el el conjunto llamado MACS J1149+2223, situado a unos 5.000 millones de años luz de la Tierra. Combinándola con la resolución y sensibilidad del Hubble se ha conseguido analizar.

En la indagación han colaborado, entre otros, José Diego, del Instituto de Física de Cantabria (IFCA), Steven Rodney, de la Universidad de Carolina del Sur, Columbia (Estados Unidos), Pablo Pérez González, de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), Tom Broadhurst, de la Universidad del País Vasco (UPV), e Ismael Pérez Fournon, del IAC y de la ULL.

Pérez Fournon: «Ícaro es mucho más grande, masiva, caliente y, posiblemente, miles de veces más brillante que el Sol»

Aunque su nombre oficial es MACS J1149+2223 Estrella Lentificada 1, el grupo ha decidido llamarla como el personaje de la mitología griega que se acercó demasiado al Sol con sus alas de plumas y cera. “Pudimos establecer que Ícaro es una estrella supergigante azul. Es mucho más grande, masiva, caliente y, posiblemente, miles de veces más brillante que el Sol, pero que, a la distancia a la que se encuentra, es imposible observarla de manera individual incluso para Hubble, salvo que contemos con el fenómeno de lente gravitacional”, comenta Pérez Fournon.

Pérez González explica que “hasta 2016 solo era posible detectar astros individuales en las galaxias de al lado de la Vía Láctea. Hoy ya es posible ver una estrella individual, muy parecida a Rigel, que está en el otro lado del Universo, y que de hecho ya no existe.” Asimismo, puntutaliza que el único telescopio que detectó esta estrella tan lejana desde Tierra fue el Gran Telescopio Canarias.

Según el investigador del IFCA, y líder del artículo teórico que acompaña a la publicación original, “si la materia oscura estuviese compuesta por agujeros negros similares a los que está detectando LIGO (Observatorio de ondas gravitatorias por interferometría láser), la señal observada de Ícaro hubiera sido muy distinta, con lo cual podemos descartar este tipo de candidatos”. Por su parte, Broadhurst, señala también que “este tipo de estudios permitirá en el futuro acotar otros modelos de materia oscura, como por ejemplo aquellos que postulan partículas de materia oscura súperligeras y con efectos cuánticos”.

Además, en mayo de 2016, al lado de Ícaro apareció otra imagen nueva que parece indicar que no se trata de una única, sino que estaríamos hablando de un sistema binario, con dos estrellas orbitando una alrededor de la otra.

Durante el primer día, varias ponencias presentaron el estado actual de la misión, los diferentes modos de observación y las duras pruebas técnicas que tiene que superar el telescopio antes de ser lanzado al espacio en 2019. También se presentaron las herramientas informáticas necesarias para estimar los tiempos de observación adecuados para cada programa, al tiempo que se detalló el sistema de envío de propuestas para su evaluación posterior.

El segundo día se empleó para profundizar, mediante casos prácticos, en el uso de dichas herramientas informáticas. Además, se organizaron sesiones de trabajo en las que el personal experto resolvió dudas sobre los programas de observación en los que están trabajando. Finalmente, se presentaron dos ejemplos de programas de observación de JWST ya aprobados con participación española: Transiting Exoplanet Community Early Release Science Program, ponencia de Nicolas Crouzet (IAC), y Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey, expuesta por Pablo Pérez González (UCM).

“El Telescopio Espacial James Webb es para la humanidad”

La idea de organizar esta actividad partió de Macarena García Marín, una de las principales científicas españolas del proyecto, y de Ismael Pérez Fournon, investigador del IAC y profesor de la Universidad de La Laguna. García Marín fue estudiante de Física de la ULL y actualmente trabaja para la Agencia Espacial Europea (ESA) y para la NASA.

Elena Puga, quien trabaja para la ESA, y Begoña Vila, contratada por la NASA, son las otras dos científicas españolas que también estudiaron en la Universidad de La Laguna. Ambas participaron en el workshop con sendas ponencias durante la primera jornada. Vila expresó que “el Telescopio Espacial James Webb es para la humanidad” y destacó que “la finalidad del taller es que se hagan propuestas de observación para utilizarlo”.

Pérez Fournon fue profesor de todas ellas, además de la primera persona que habló a Macarena García del Telescopio Espacial James Webb. Es precisamente esta conexión, lo que les animó a organizar el workshop. Pérez Fournon resalta que “el taller ha ayudado a algunos grupos de investigadores a mejorar y acabar sus propuestas de observación para este fabuloso telescopio espacial”. A la vista de la utilidad que ha tenido, este astrofísico no descarta “organizar también una conferencia u otro taller en el IAC sobre el JWST en los próximos años”.

García fue entrevistada por Ismael Pérez Fournon, investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)  y profesor en la Universidad de La Laguna. Esta explicó que el James Webb es fruto de la colaboración entre la NASA, la ESA y la Agencia Espacial Canadiense (CSA). El proyecto se originó en 1996, como el sucesor de Hubble bajo el seudónimo Next Generation Space Telescope (NGST). Sin embargo, en 2002 se decidió sustituir su nombre por el actual, en honor del segundo administrador de la NASA, James E. Webb. El gerente fue reconocido por su papel en el programa Apolo y por establecer la investigación científica como una de las actividades de la agencia estadounidense.

El objeto de la misión de este telescopio se centra en “el estudio de las primeras galaxias y estrellas formadas tras el Big Bang, su correspondiente formación y evolución, obtener una mejor comprensión acerca del nacimiento del sistema solar y, por último, el origen de la vida”, expuso la ponente. Dicho estudio implica la observación de objetos muy lejanos y pequeños, “un observatorio de tan grandes dimensiones” formado por un escudo solar de 6’5 metros de diámetro.

De igual modo, García presentó las complicaciones que supuso esta iniciativa. En un principio, debido a problemas en el segundo módulo de los tres que conforman la nave, el cristal primario. Los científicos tuvieron que elaborar numerosas pruebas, puesto que el vidrio era demasiado pesado, por lo que optaron por “utilizar un material mucho más ligero y suficientemente resistente al calor y a las radiaciones solares, el berilio”. No obstante, “no reflejaba los rayos infrarrojos, así que lo que hicieron los expertos fue recubrirlo de oro”. Y en segundo lugar, por los obstáculos que supuso desplegarlo en tierra, puesto que se tarda dos días para ello, y dos meses para volver a plegarlo.

“El Hubble está ‘tan cerca’ que si se rompe mandamos astronautas a que lo arreglen, con el JWST no cabe esta posibilidad”

Asimismo, aclaró que el telescopio quedará en una gran órbita de 800 000 kilómetros de radio alrededor del punto de Lagrange L2, a una distancia de la Tierra de aproximadamente 1,5 millones de kilómetros. De esta forma, la científica reveló que “la configuración que existe entre el Sol, la Tierra y la Luna permitirá que el observatorio espacial permanezca en una posición estable y que, como consecuencia, esté siempre girando, al mismo tiempo que evita la parte de sombra de nuestro planeta”.

Otro asunto que la ponente destacó fue el desarrollo del sistema de Cámara y Espectrógrafo para el Infrarrojo Medio (MIRI). La longitud de esta onda permitirá ver más allá de lo que el Hubble no pudo ver, el interior de los discos protoplanetarios y cúmulos estelares, lo que proporcionará un nuevo punto de vista en esta inmensa galaxia.

“El sistema informático del JWST está muy anticuado en relación con el actual, este portátil probablemente es incluso más potente”

Por último, Ismael Perez Fournon dio paso a una ronda de preguntas entre el numeroso público presente, principalmente compuesto por estudiantes de Ingeniería y Física. En las diversas intervenciones, los alumnos mostraron interés acerca del sistema operativo que lleva incorporado el JWST, puesto que a día de hoy, la robótica y la informática van actualizándose cada tres meses. Al respecto, García Marín afirmó  que “un proyecto de esta magnitud tarda, más o menos, unos 25 años para poder ser llevado a cabo”.

El cohete Ariane será el encargado de lanzar, en la primavera de 2019, James Webb al espacio. Se estima que el observatorio tarde un mes en llegar a la órbita fijada.

Esa misma noche, otro telescopio en Arizona también observaba Andrómeda, pero detectó esa misma nova varias horas después de las observaciones que las universitarias habían realizado desde el Observatorio del Teide. “La confirmación de que efectivamente se trataba de una nova fue el resultado de observaciones de otros astrónomos con el telescopio Liverpool del Observatorio del Roque de los Muchachos y con el telescopio ruso de seis metros BAT”, añade Laura Hermosa.

«Observar el cielo varias noches con telescopios profesionales en dos de los mejores observatorios del mundo es un privilegio al alcance de los estudiantes del Máster en Astrofísica de la Universidad de La Laguna”, señala María Jesús Arévalo Morales, directora del Departamento de Astrofísica de la ULL e investigadora del IAC.

Prácticas de observación astronómica

“Desde hace varias décadas, el Departamento de Astrofísica de la ULL enseña Astrofísica no sólo en las aulas y laboratorios de la Universidad de La Laguna, sino también en las prácticas de observación astronómica que se llevan a cabo todos los cursos con telescopios de los Observatorios del Teide y del Roque de los Muchachos”, subraya César Esteban López, director del Máster en Astrofísica de la ULL e investigador del IAC.

En particular, las observaciones de las prácticas del segundo curso del Máster están orientadas al desarrollo de pequeños proyectos donde los estudiantes preparan sus propias observaciones, las llevan a cabo de forma presencial en los Observatorios y, posteriormente, reducen los datos y los analizan comparándolos con la ingente cantidad de datos astronómicos disponibles en los archivos de datos de los observatorios de todo el mundo y de los telescopios espaciales.

Los temas de los proyectos abordan diferentes aspectos de la Astrofísica moderna, desde observaciones de galaxias cercanas a la Vía Láctea, como la galaxia de Andrómeda, hasta algunas de las más lejanas del Universo.

Los alumnos apuntaron el IAC-80 y el INT (Isaac Newton Telescope), del Grupo de Telescopios ING, en la dirección de la galaxia de Andrómeda, también conocida como Messier 31 o M31. «Ambos telescopios cuentan con cámaras CCD muy eficientes», comenta Ismael Pérez Fournon, profesor de la ULL e investigador del IAC, responsable de las prácticas de segundo curso, para quien Andrómeda «es uno de los mejores laboratorios para entender los procesos físicos del Universo”.

El conjunto de radiotelescopios ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ha revelado por primera vez el encuentro entre dos galaxias muy brillantes y masivas a casi 13 000 millones de años luz. Estas galaxias hiperluminosas, por su capacidad para crear estrellas a gran velocidad, son extremadamente raras en esa época cósmica y pueden representar uno de los ejemplos más extremos de formación violenta de estrellas jamás observados. Conocidas como ADFS-27, se detectaron cuando comenzaron el lento proceso de fusión en una única galaxia elíptica masiva. Un “choque lateral” previo entre ambas ayudó a disparar los estallidos de formación estelar y su eventual fusión puede dar lugar a la galaxia central masiva de un cúmulo de galaxias, una de las estructuras más gigantescas del Universo.

«Realmente sorprendente»

“Encontrar una sola galaxia hiperluminosa es ya de por si destacable, pero encontrar dos tan cercanas es realmente sorprendente”, explica Dominik Riechers, astrónomo de la Universidad de Cornell y autor principal del trabajo. “Considerando su distancia extrema a la Tierra y la frenética actividad de formación estelar dentro de cada una, es posible que estemos siendo testigos de la fusión de galaxias más extrema conocida hasta la fecha”.

“Esta pareja galáctica fue detectada por primera vez por el Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea (ESA), en las observaciones de grandes zonas de cielo del proyecto HerMES”, indica Ismael Pérez Fournon, quien ha participado en esta investigación, junto con Rui Marques Chaves y Paloma Martínez Navajas, los tres investigadores del IAC y de la Universidad de La Laguna.

“Aunque apareció como un punto muy rojo en los datos del instrumento SPIRE del Observatorio Espacial Herschel del cielo austral, desde el principio sospechamos que este objeto aparentemente débil era una galaxia extremadamente brillante y lejana en realidad”. Las observaciones de seguimiento con el telescopio del Experimento Atacama Pathfinder (APEX) confirmaron las interpretaciones iniciales y facilitaron que ALMA midiera la distancia al objeto, concluyendo que esta unión de dos galaxias inusuales sugiere que residen dentro de una región particularmente densa del Universo.

Las nuevas observaciones de ALMA también señalaron que, en conjunto, el sistema ADFS-27 tiene unas 50 veces la cantidad de gas formador de estrellas que tiene la Vía Láctea. “Gran parte de este gas se convertirá en nuevas estrellas muy rápidamente”, apunta Rui Marques Chaves. “El sistema está produciendo estrellas a un ritmo vertiginoso, aproximadamente mil veces más rápido que nuestra galaxia”.

Estrellas azules extremadamente brillantes y masivas

Las galaxias, que deberían verse como discos planos y giratorios, están repletas de estrellas azules extremadamente brillantes y masivas. La mayor parte de esta intensa luz, sin embargo, nunca escapa de allí porque hay demasiado polvo interestelar a su alrededor que las oscurece. Sin embargo, como el polvo absorbe la brillante luz de las estrellas, se calienta y brilla intensamente, irradiando esa energía como luz infrarroja. A medida que esta luz viaja hacia la Tierra, la expansión del Universo “estira” las ondas de la luz infrarroja en ondas milimétricas y submilimétricas más largas, el conocido “efecto Doppler”.

ALMA se diseñó específicamente para detectar y estudiar la luz de esta naturaleza, lo que permitió distinguir la luz de dos galaxias distintas. Las observaciones también muestran estructuras básicas de las mismas, revelando material en forma de cola que se desligó durante su primer encuentro y una separación de 30.000 años luz que se reduce con el tiempo. A medida que continúen interactuando gravitatoriamente, cada galaxia irá frenándose y atrayéndose hasta que finalmente se fusionen en una galaxia elíptica masiva en unos cientos de millones de años.

“Debido a su gran lejanía y polvo, estas galaxias quedan ocultas en el rango visible de los datos actuales, pero esperamos combinar los datos de ALMA con las observaciones infrarrojas del futuro Telescopio Espacial James Webb de la NASA.

Estos dos telescopios formarán el “equipo soñado” para comprender mejor la naturaleza de este y otros sistemas extremos de galaxias excepcionalmente raros”, concluye Paloma Martínez Navajas.