Duelo de telescopios espaciales: James Webb ha vencido a Hubble

La superioridad del James Webb

Es la primera luz del instrumento lanzado a órbita por la Agencia Espacial Estadounidense (NASA) el 25 de diciembre de 2021. Así se llama en el argot de la comunidad astronómica a la primera imagen obtenida por un telescopio, según lo explica Germán Martínez Gordillo, presidente de la Sociedad Astronómica de Puebla, quien platica lo siguiente:

“A primera vista en la imagen se miran muchos puntos alargados brillantes, y no son estrellas, sino galaxias, las cuales están compuestas de cientos de miles de millones de estrellas. Es un conjunto de estrellas con planetas asociados, y éstos a su vez tendrán sus lunas, y ya no podemos decir más, me refiero a si hay o no vida”.

En el centro de la imagen se observa una agrupación de muchas galaxias, la cual provoca que otras galaxias se vean estiradas y arqueadas. ¿A qué se debe esto? Vladimir Ávila-Reese, investigador del Instituto de Astronomía, de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), nos da la respuesta.

“El telescopio apuntó hacia un cúmulo de cientos de galaxias (la mayoría vistas de color blanquecino o verdoso en la imagen) y mucha materia oscura. Tanta masa produce un gran potencial gravitacional, tal que, de acuerdo con la teoría de la relatividad general de Einstein, curva tanto al espacio-tiempo que la luz de galaxias lejanas por detrás se magnifica y deforma, tal como ocurre cuando la luz atraviesa una lente óptica”.

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Este fenómeno llamado “lente gravitatoria”, análogo a una lupa utilizada para ver más grandes las palabras escritas en un libro, funciona como un telescopio extra que ayuda a amplificar la luz de las galaxias más lejanas y, por ende, más débiles.

De este modo, los astrónomos podrán entender la composición estelar y química de estas galaxias, algunas de las cuales pudieron haber sido de las primeras formadas en el universo hace más de 13,000 millones de años; son los objetos deformados o multiplicados más rojos y pequeños en la imagen.

Se ven también galaxias de diferentes formas, desde esferoides hasta las hermosas galaxias espirales. Hay algunas incluso capturadas en pleno acto de interacción o de canibalismo galáctico, de acuerdo con Ávila-Reese.

Galaxias bebés, niñas y adultas

“En la imagen se observan galaxias con una gran gama de colores, desde rojizas, pasando por naranjas o verdosas y hasta blanquecinas o azuladas. En primera instancia, esto significa que van desde distancias muy lejanas hasta más cercanas, es decir, en esta sola toma se capturan galaxias de diferentes épocas de la historia del universo, mismas que están en diferentes etapas evolutivas. Es como tener en una sola fotografía desde los tatarabuelos hasta los tataranietos”, expone este científico de la UNAM.

Para comprender la manera en que los astrónomos estudian la evolución de las galaxias, podríamos imaginar que llegan unos extraterrestres y solamente permanecen un día en la Tierra y luego se van.

“Obviamente, no podrían ver mucho, pero sí alcanzarían a ver que en la calle hay bebés, niños, jóvenes y adultos. Entonces así podrían imaginarse una evolución de los seres humanos, según sus diferentes edades”, cuenta Martínez Gordillo.

Y eso mismo hacen los astrónomos, quienes sin contar con el tiempo necesario, de miles de millones de años, para ver la evolución de las galaxias, las acomodan de acuerdo con sus distintas edades y, finalmente, proponen una historia de su evolución.

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¿Son artificiales las tonalidades de la imagen?

Es clave señalar que, en un sentido estricto, los colores en la imagen son falsos, pero siguen un código que refleja la intensidad de las diferentes longitudes de onda captadas por el telescopio.

Para entender esto, vale la pena precisar que los especialistas en el cosmos no estudian imágenes a colores, sino en blanco y negro, porque finalmente los colores son resultado de filtros puestos en el aparato detector de luz, como ocurre en las cámaras de los teléfonos celulares.

“En astronomía se construye de manera artificial el RGB (iniciales en inglés de rojo, verde y azul), es decir, la imagen a colores. Esto se logra al asociar las longitudes más grandes de los cuerpos celestes al rojo, las más pequeñas al azul y las intermedias al verde”, detalla Lorena Arias Montaño, coordinadora del Centro Astronómico Clavius, de la Universidad Iberoamericana, en la Ciudad de México.

La ciencia de observar no el presente, sino el pasado

La imagen compartida por el primer mandatario de la Unión Americana contiene galaxias de diferentes épocas de la historia del universo. Por ejemplo, el cúmulo de galaxias al centro produjo su luz hace 4,600 millones de años. Esto significa que la luz captada tardó ese tiempo en llegar a la Tierra, por lo cual suele decirse que la astronomía siempre está observando el pasado.

“La luz que sale de cualquier objeto del espacio tiene que viajar para llegar a la Tierra. Por ejemplo, la luz de la Luna tarda un poco más de un segundo en llegar a nosotros; la del Sol tarda ocho minutos; la de la estrella más cercana (Próxima Centauri) le toma cuatro años. Entonces en esos casos vemos la Luna, el Sol y Próxima Centauri como eran hace poco más de un segundo, ocho minutos y cuatro años, respectivamente”, dice Lorena Arias.

Ávila-Reese también afirma que en dicha imagen se colaron algunas estrellas, las cuales son cercanas de nuestra propia Vía Láctea. Estos son objetos puntuales y producen en la lente del telescopio un efecto óptico llamado picos de difracción.

“Eso explica los picos que salen de las estrellas. Los astrónomos típicamente enmascaramos esas estrellas con técnicas de procesamiento de imágenes a fin de que no contaminen la tenue y valiosa luz que proviene de las distantes galaxias”.

El 12 de julio, la agencia espacial estadounidense (NASA) difundió otras imágenes obtenidas por el telescopio espacial James Webb. Y confirman lo mismo que la primera imagen: la superioridad para ver objetos astronómicos con mucho más detalle.

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Esto debido a que el James Webb cuenta con la capacidad de percibir luz en el infrarrojo cercano, medio y lejano, mientras que el Hubble observa solamente en el infrarrojo cercano y el óptico.

“Cuando decimos óptico o luz visible, nos referimos a lo que podemos observar con nuestros ojos. La luz visible solamente se encuentra en una región, la más pequeña de todas, de algo muy grande llamado espectro electromagnético, que contiene microondas, ondas de radio, infrarrojo, ultravioleta, entre otras ondas”, aclara Martínez Gordillo.

El James Webb cuenta con una sensibilidad tan alta que, según Ávila-Reese, podría medir desde la Tierra la temperatura de un insecto en la Luna.

Por otro lado, Lorena Arias apunta que el Hubble tiene un diámetro de dos metros, mientras que el James Webb cuenta con un diámetro de seis y medio metros para captar luz, por lo cual el segundo de ellos dispone de mayor capacidad para detectar cuerpos celestes.

Sin embargo, el nuevo telescopio también tiene sus limitaciones. Hay dos regiones del universo que no podrá detectar como lo expone a continuación Alejandro Cristian Raga Rasmussen, investigador del Instituto de Ciencias Nucleares, de la UNAM.

“No podrá ver zonas muy lejanas, más allá del horizonte actual del universo (es de donde recién nos está llegando la radiación producida en el Big Bang). Esta región del universo es en principio no observable (por ningún instrumento).

Tampoco podrá detectarse el interior de nubes moleculares muy densas, dentro de las cuales se forman muchas de las estrellas. Estas zonas tienen mucho polvo interestelar (parecido al hollín que sale de los escapes de los camiones) a través del cual no se ve nada en longitudes de onda ópticas ni infrarrojas. Estas zonas polvosas son transparentes sólo en ondas de radio”.

La pregunta clásica: ¿y para qué sirve la astronomía?

Aunque los avances científicos y, en particular, astronómicos valen la pena por sí solos, es inevitable que surja la siguiente pregunta: “¿Y para qué sirven?”, tal como se ha visto en las redes sociales a raíz de las imágenes obtenidas por el James Webb.

“Hasta ha habido memes que dicen: cómo es posible que la NASA gaste millones de dólares en estudiar otras galaxias cuando en este planeta hay gente muriendo en África. Sin embargo, se ha demostrado que muchas tecnologías utilizadas en ciencia luego tienen aplicaciones benéficas en cuestiones civiles”, asevera Martínez.

Y para muestra un botón: el termómetro en forma de pistola usado durante la pandemia por Covid-19 para medir la temperatura, que se pone a cierta distancia de la frente de las personas.

Este aparato, según Martínez, es derivado de los instrumentos previamente utilizados por los astrónomos para medir la temperatura de las estrellas.

Seguramente la tecnología derivada del nuevo telescopio espacial pronto tendrá una aplicación en nuestro planeta, mientras tanto conviene seguir estimándola por sí misma.

"La valiosa información que nos proporcionará el nuevo telescopio espacial permitirá completar el rompecabezas de cómo evolucionaron las galaxias y, dentro de ellas, las estrellas y los planetas, desde el fin de la era caliente del Big Bang, hace unos 13,700 millones de años, hasta el presente”, concluye Vladimir Ávila-Reese.