Cuando se lanzó el Hubble en abril de 1990, los astrónomos ya estaban pensando en cómo sería el próximo telescopio espacial. Mientras el mundo se maravillaba con las imágenes que el Hubble enviaba, se estaban realizando planes para construir algo que pudiera mirar hacia los primeros días del universo. Esos planes finalmente dieron como resultado el Telescopio Espacial James Webb, también conocido como JWST.
El JWST es el telescopio óptico en órbita más grande en funcionamiento y está diseñado para mantener temperaturas extremadamente bajas por debajo de los 40 Kelvin (-233 Celsius, -388 Fahrenheit). El JWST necesita mantener esta temperatura porque está diseñado para captar luz infrarroja, y cualquiera que haya visto «Predator» sabe que el calor genera luz IR. Si el telescopio se calienta a más de 40 Kelvin, su propio calor eliminará la tenue luz infrarroja de lo que sea que esté observando.
Después de décadas de planificación, contratiempos, perseverancia y ajustes, el telescopio finalmente se lanzó el día de Navidad de 2021. Pasó los siguientes meses llegando a su hogar permanente en el punto L2 de Lagrange de la Tierra y calibrando sus instrumentos. Luego, en julio de 2022, el JWST comenzó a enviar imágenes desde tan cerca como nuestro propio patio trasero celestial y tan distante como 13 mil millones de años luz de distancia. No solo son hermosos, sino que también ayudan a los científicos a reescribir lo que sabemos sobre el universo y nuestro lugar en él. Aquí hay 10 imágenes que nos ha proporcionado el JWST que están cambiando nuestra comprensión del universo.
Neptuno
En septiembre de 2022, la NASA publicó imágenes JWST del planeta más lejano de nuestro sistema solar: disculpas a Plutón: Neptuno. Descubierto por primera vez en 1846, el gigante de hielo distante se encuentra aproximadamente 30 veces más lejos del Sol que nosotros. Eso dificulta su observación, pero el JWST tiene buen ojo.
Utilizando la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) del telescopio, los astrónomos tomaron imágenes del planeta y los objetos circundantes a frecuencias de entre 0,6 y 5 micrones. El metano en la atmósfera absorbe el rojo y el infrarrojo, dando al planeta su tonalidad azul, pero debido a que el infrarrojo está siendo absorbido, el planeta aparece oscuro en la imagen. Los puntos brillantes y las rayas que salpican la superficie marcan donde las nubes de metano flotan más alto en la atmósfera y reflejan la luz hacia el telescopio antes de que sea absorbida.
Al alejarse, puede ver los tenues anillos de polvo de Neptuno. De hecho, esta es la imagen más clara de los anillos de Neptuno que hemos recibido desde que la Voyager pasó por el planeta en 1989. También puede seleccionar siete de las 14 lunas de Neptuno, la mayoría de ellas apenas visibles en el fondo. La principal excepción es Tritón, visible arriba ya la izquierda del planeta. Está marcado por los picos de difracción característicos del JWST. Si bien estos se ven más comúnmente desde las estrellas, Tritón refleja el 70% de la luz solar que lo golpea, lo que hace que eclipse a sus pares.
Nebulosa Tarántula
En septiembre de 2022 también llegaron imágenes del JWST de una región de formación estelar en la galaxia de la Gran Nube de Magallanes, a unos 161 000 años luz de distancia. Allí se encuentra la Nebulosa de la Tarántula, también conocida como 30 Doradus, la región de formación de estrellas más brillante y más grande del Grupo Local.
Fotografías anteriores de la nebulosa resaltaron filamentos polvorientos que se extendían desde el centro como las patas de una araña gigantesca. En las nuevas imágenes JWST, esos filamentos están en gran medida oscurecidos por el gran volumen de detalles. Ahora, la nebulosa se parece más a un exoesqueleto destrozado y descartado, por lo que el nombre aún encaja. JWST observó la nebulosa con su instrumento NIRCam de infrarrojo cercano y su instrumento MIRI de infrarrojo medio.
En la imagen de NIRCam, puede ver una cavidad tallada por el nacimiento de miles de estrellas, que puede ver agrupadas cerca del centro. En la imagen de MIRI compartida por NASA, las estrellas desaparecen en lugar de gas y polvo más fríos. Las imágenes combinadas brindan a los científicos nuevos datos cruciales para ayudarlos a comprender la interacción entre el gas, el polvo y las estrellas en estos viveros estelares. Incluso podría ayudarnos a comprender mejor cómo se formaron las estrellas durante las primeras etapas del universo.
Pilares de la Creación
Hay pocas estructuras astronómicas tan icónicas como los Pilares de la Creación. La famosa imagen del Hubble de la nebulosa de formación de estrellas es una de las más famosas, pero los astrónomos no pudieron evitar descubrir lo que podrían ver con el telescopio espacial James Webb.
Los pilares en sí son solo una pequeña parte de la Nebulosa del Águila, mucho más grande, que se encuentra a unos 6.500 años luz de distancia de nuestro sistema solar. Estas estructuras interestelares toman su nombre tanto de sus características torres de gas y polvo como de las estrellas que se forman en su interior. El gas y el polvo se juntan y permanecen juntos, unidos por la débil influencia de la gravedad. A medida que un objeto se vuelve más masivo, ejerce una mayor influencia gravitatoria y atrae aún más gas y polvo. Esto continúa hasta que la presión gravitacional en el núcleo supera las fuerzas que mantienen separados a los átomos individuales y comienzan a fusionarse. Finalmente, nace una nueva estrella. Inmediatamente, la estrella recién nacida comienza a lanzar vientos solares en todas direcciones, expulsando el mismo gas y polvo que permitió su formación. El resultado es una erosión desigual que se parece un poco a una mano gigante que busca el cielo.
Hubble revisó los Pilares de la Creación en 2014 y devolvió una imagen más nítida y detallada, pero incluso eso palidece en comparación con la asombrosa pantalla capturada por el JWST. Las estrellas dentro y detrás de la nebulosa, previamente oscurecidas por la propia nebulosa, brillan intensamente.
Asteroide accidental
Sabe que tiene un observatorio espacial efectivo cuando accidentalmente hace descubrimientos mientras ajusta sus instrumentos. Un equipo europeo de astrónomos estaba usando el telescopio para observar un asteroide en el plano del cinturón de asteroides, pero primero necesitaban calibrar los instrumentos. En este caso, eso implicó apuntar al asteroide objetivo, conocido como 10920 (1998 BC1), y luego tomar una fotografía para ver si la imagen estaba enfocada.
Al principio, los astrónomos consideraron que las imágenes eran un fracaso. El telescopio no estaba correctamente calibrado y el asteroide era demasiado brillante. Sin embargo, al evaluar las imágenes, los científicos notaron un polizón cósmico escondido en el mismo campo de visión. Los astrónomos estiman que el asteroide tiene entre 100 y 200 metros de diámetro y es probable que sea una roca que nadie haya visto antes.
Los científicos señalaron que esta es una clara evidencia de que el JWST puede y proporciona información científica valiosa incluso cuando la observación prevista podría ser un fracaso. Además, sugirieron que cualquier breve observación del plano del cinturón de asteroides probablemente resultará en el hallazgo de nuevos asteroides. Hay tantos de ellos flotando por ahí que básicamente verás uno si apuntas en la dirección correcta.
Júpiter
Las imágenes de Júpiter siempre son hermosas, sin importar lo que uses para tomarlas, y eso es especialmente cierto en este caso. Los astrónomos produjeron dos imágenes separadas del gigante gaseoso utilizando el instrumento NIRCam del telescopio. En realidad, las imágenes son el resultado de varias exposiciones diferentes combinadas en un collage de fotos. NIRCam usó tres filtros diferentes para mirar a Júpiter en varias longitudes de onda de luz. La información de cada filtro se traduce luego en colores que podemos ver, ya que la luz infrarroja que detecta el telescopio no es visible para los ojos humanos. El resultado es un par de retratos que hacen que Júpiter parezca aún más extraño que antes.
La primera imagen se enfoca en el planeta, dibujando tantos detalles en las características de la superficie como sea posible. El segundo tiene una visión más amplia y mira a Júpiter como un sistema. Esa imagen revela los anillos relativamente pequeños e increíblemente tenues que rodean el planeta, algunas lunas y auroras brillantes en los polos. De pie en el centro de atención, como siempre, está la Gran Mancha Roja de Júpiter, brillando como un espectro en la vasta oscuridad cósmica.
Los gigantes gaseosos son increíblemente comunes en el universo y constituyen una parte considerable de los exoplanetas que hemos descubierto. Una mejor comprensión de los gigantes gaseosos en nuestro propio patio trasero podría revelar nueva información sobre otros mundos.
El primer exoplaneta de JWST
Actualmente estamos viviendo en el apogeo del descubrimiento de exoplanetas. Lo que comenzó como una ocasión extremadamente rara y trascendental ahora es un lugar común. Hasta la fecha, la NASA ha confirmado más de 5000 exoplanetas y se han identificado miles de mundos candidatos adicionales.
Con el lanzamiento del JWST, tenemos una nueva herramienta en nuestro arsenal y el telescopio ya ha hecho su primera confirmación. Aún más emocionante, el JWST es capaz de analizar más información que cualquier otro telescopio, dándole una ventana más clara a mundos potencialmente similares a la Tierra. Para su primer turno al bate, el telescopio apuntó hacia un exoplaneta candidato conocido anteriormente como LHS 475 b. El objeto fue etiquetado por primera vez como un objeto de interés por otro observatorio orbital, el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA.
Los datos de TESS sugirieron que algo podría estar allí, pero necesitábamos hacer observaciones adicionales para confirmar su existencia. Ahí es donde entró el JWST. El telescopio observó dos tránsitos, durante los cuales el planeta cruzó entre nosotros y su estrella madre y validó su presencia, pero no tiene que detenerse ahí.
El JWST es lo suficientemente sensible como para no solo ver la luz de objetos distantes, sino también para separarla para ver de qué está hecho un objeto. Los elementos, como los objetos macroscópicos, tienen una especie de color, y cada elemento emite frecuencias características cuando se energiza. Esto significa que el JWST puede decir de qué está hecha la superficie o la atmósfera de un planeta por la huella digital oculta en su luz.
Características de la nube de exoplanetas
El exoplaneta confirmado por el JWST, denominado VHS 1256 b, orbita un sistema estelar binario a una distancia que es aproximadamente cuatro veces la distancia entre el Sol y Plutón. Como resultado, el planeta tiene un día relativamente familiar de 22 horas pero un «año» que dura 10.000 años terrestres. Como está tan lejos, la luz del planeta no se mezcla con la luz de las estrellas.
El JWST confirmó que la atmósfera de VHS 1256 b cambia continuamente, intercambiando material más cálido cerca de la superficie por material más frío más arriba. La diferencia de temperatura resultante es lo suficientemente dramática como para que el telescopio la detecte. De hecho, el exoplaneta es el objeto de escala planetaria más variable jamás observado.
VHS 1256 b es una enana marrón, una clase de objeto que existe en el término medio entre un gran gigante gaseoso y una estrella de baja masa. Es lo suficientemente grande como para que la fuerza de su propia gravedad genere un calor intenso, pero no lo suficientemente fuerte como para fusionar hidrógeno. Debido a su gran masa, las temperaturas en el planeta alcanzan los 1.500 grados Fahrenheit a pesar de la increíble distancia de una estrella. Los científicos pudieron detectar una serie de materiales en la atmósfera, incluidos agua, monóxido de carbono y metano. También vieron nubes masivas de silicato (polvo y granos de arena) resplandeciendo brillantemente.
Ver un mundo alrededor de otra estrella es una cosa, pero elegir características de nubes en una es otro nivel.
Supernova inminente
Poco después de que entrara en funcionamiento en 2022, una de las primeras observaciones del JWST fue de una estrella que actualmente estaba en proceso de explosión. Wolf-Rayet 124 (WR 124 para abreviar) está a unos 15.000 años luz de distancia en la constelación de Sagitta y está quemando la casa consigo misma dentro.
Contrariamente a la intuición, cuanto más masiva es una estrella, más corta permanece. WR 124 comenzó con aproximadamente 40 veces la masa de nuestro Sol, pero ha vivido una vida considerablemente más corta. Eso es porque cuanto más masiva es una estrella, más rápido quema su combustible. Más gravedad significa más fusión: las estrellas gigantes están literalmente quemando la vela en todos los extremos posibles. Algunas estrellas masivas entran en lo que se conoce como fase Wolf-Rayet antes de salir de la bobina celestial. Durante esta fase, las capas superficiales se enriquecen con elementos pesados, que se vierten en el espacio circundante. A medida que esas capas se extienden, se enfrían y se convierten en caparazones de polvo. Esa es la masa de material que ves rodeando a la estrella en la imagen.
Una vez que la estrella arroja suficiente material, no tendrá suficiente masa para mantenerse unida y se desmoronará en una violenta explosión de supernova. Esta fase de la vida de una estrella masiva es rara (solo algunas estrellas masivas la atraviesan) y representan solo una pequeña fracción de la vida de la estrella. Atrapar uno en progreso es el equivalente astronómico de tomar una fotografía de una tormenta eléctrica y capturar un rayo.
Huella cósmica
Los astrónomos han estado interesados en otra estrella Wolf-Rayet, WR 140, durante algún tiempo. Eso se debe a que las observaciones revelaron un par de anillos de polvo inusuales a su alrededor. WR 140 está a unos 5.000 años luz de nuestro sistema solar y en realidad son dos estrellas que orbitan entre sí.
Sus órbitas se alargan, separándolos más y luego acercándolos en un ciclo de ocho años. A medida que las estrellas giran sobre sus órbitas, expulsan corrientes de gas energizado llamado viento solar. Cuando sus órbitas los acercan, aproximadamente a la misma distancia de la Tierra al Sol, sus vientos solares chocan con suficiente fuerza para transformar parte del gas en polvo. Cuando las estrellas se separan nuevamente, ese polvo se expulsa en una capa, extendiéndose continuamente desde el centro.
Como los anillos de un árbol, los anillos alrededor de WR-140 siguen el paso del tiempo. El espacio entre cada anillo representa los ocho años entre cada acercamiento más cercano. Las observaciones anteriores con otros instrumentos identificaron solo dos anillos, pero el sensible instrumento MIRI del JWST pudo ver al menos 17, lo que representa más de un siglo de la historia reciente de la estrella.
Las estrellas Wolf-Rayet son raras: solo se han descubierto alrededor de 600 en nuestra galaxia, y una fracción aún más pequeña produce polvo. De todos ellos, solo WR-140 crea anillos para pintar su historia en el cielo.
SMACS 0723
La imagen del JWST de SMACS 0723, un cúmulo de galaxias a aproximadamente 4600 millones de años luz de distancia, fue una de las primeras y sigue siendo una de las mejores. La imagen fue la primera imagen infrarroja de campo profundo del telescopio y se publicó en julio de 2022 como parte del primer lote de cinco imágenes poco después de que el telescopio terminara de instalarse en el punto L2 Lagrange.
La imagen es sorprendente a la vista, tanto por la gran cantidad de objetos visibles como por sus implicaciones para los astrónomos. La imagen cubre un área del cielo aproximadamente equivalente a lo que cubriría un solo grano de arena sostenido con el brazo extendido, pero está absolutamente repleto de galaxias. En el transcurso de varias semanas, el JWST pasó 12,5 horas reuniendo luz en diferentes longitudes de onda infrarrojas.
El cúmulo de galaxias en el centro de la imagen es SMACS, y su luz tardó 4.600 millones de años luz en llegar a nosotros, pero parte de la luz en esa imagen es mucho más antigua. La gravedad combinada del cúmulo actúa como una lente, doblando el espacio-tiempo a su alrededor. Los astrónomos pueden mirar a través de esa distorsión como a través de un espejo cósmico para ver objetos mucho más antiguos y lejanos. Algunas de las galaxias en la imagen se formaron menos de mil millones de años después del Big Bang, lo que las convierte en algunas de las estructuras complejas más antiguas que jamás hayamos visto. Y no se sabe lo que el JWST podría encontrar mañana.