«Una de las reglas de la construcción de naves espaciales es tener la menor cantidad posible de piezas móviles», dice Andy Bunker, astrofísico de la Universidad de Oxford. «Y es por eso que construimos algo que tiene un cuarto de millón de contraventanas».
Bunker habla de NIRSpec, el espectrógrafo de infrarrojo cercano, uno de los cuatro instrumentos del Telescopio espacial James Webbque se preparan para abrir los ojos al cosmos. Es uno de los siete científicos europeos que dieron forma al diseño de NIRSpec (financiado por ). Agencia Espacial Europea) y ahora espera con ansias el momento en que el instrumento comience a proporcionar datos.
«Siempre me ha interesado empujar el límite del objeto conocido más distante», dijo Bunker a Space.com. “Esto va más allá de simplemente mantener el récord. Se trata de comprender las primeras etapas del universo, cuando se formaron las primeras estrellas y galaxias. Y tratamos de perseguir eso”.
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con su gigante Espejo de 21,6 pies de ancho (6,5 metros)Webb fue construido para estudiar los más antiguos y distantes galaxias que surgió en la juventud universo del polvo y el gas después de la Edad Media después de la Big Bang. Lo hace observando la luz infrarroja, la parte del espectro electromagnético que transporta calor con longitudes de onda más largas que la luz visible. Los científicos saben que aunque estas primeras estrellas emitían luz visible, su gran distancia y la expansión del universo desplazaron esa luz a la parte infrarroja del espectro, un efecto conocido como corrimiento al rojo.
NIRSpec, con su cuarto de millón de micro-snaps que rompen las reglas, impulsará las habilidades de Webb. De hecho, NIRSPec superará en más de 100 veces el rendimiento de un instrumento similar volado en el telescopio espacial Hubbleque se considera el predecesor de Webb en muchos sentidos (aunque los dos trabajarán juntos durante algún tiempo).
Huellas galácticas
NIRSPec puede no ser el instrumento que produce las imágenes más llamativas como las famosas instantáneas de los pilares de la creación e impresionante campos profundos por Hubble. Esa será la tarea de las cámaras NIRCam y MIRI.
Sin embargo, NIRSpec proporcionará una cantidad de información sin precedentes no solo sobre las galaxias, Estrellas y planetas fotografiados por NIRCam y MIRI, pero cientos y miles de otros.
Como espectrógrafo, NIRSpec no registra imágenes. Descompone la luz incidente en componentes individuales del espectro de luz. Como una huella dactilar, este espectro refleja las propiedades de absorción de luz de los objetos de la imagen y, por lo tanto, su composición química. Cada elemento químico presente en el cuerpo observado absorbe la luz de una manera específica, que aparece como una línea distinta en el espectro detectado. Al capturar el espectro de un objeto, los investigadores pueden determinar qué compuestos químicos pueden estar presentes.
«Científicamente, los espectros son enormemente valiosos», dice Bunker. “Mucha información está encriptada en ellos. Podemos mapear cómo se acumulan los elementos químicos en las galaxias, pero también determinar la distancia y las propiedades de las galaxias, como la velocidad a la que convierten su gas en estrellas”.
Para capturar con precisión las huellas dactilares de estos objetos, los espectrógrafos deben bloquear todas las demás luces de su campo de visión. Los espectrógrafos convencionales, como el de Hubble, usan una rendija, una abertura estrecha en una placa de metal, a través de la cual apuntan solo al objeto que se examina.
«La hendidura te permite ser lo más sensible posible», dijo Bunker. “Pero la limitación es solo editar un objeto a la vez. Es muy ineficaz, especialmente cuando observas algunos de los campos profundos donde tienes una densidad muy alta de objetos potencialmente interesantes».
Agregue a eso el hecho de que algunos de los objetos que Webb estudiará son tan distantes y débiles que el telescopio necesita mirarlos durante cientos de horas para recolectar suficiente luz, y las limitaciones de tal enfoque se están volviendo evidentes.
Espectrografía mejorada
Aquí es donde entran en juego los microobturadores de NIRSPec. Estos microobturadores, cada uno tan ancho como un cabello humano, pueden abrirse en diferentes patrones, creando de manera flexible una variedad de rendijas que permiten a los astrónomos observar y medir cien (o más) galaxias al mismo tiempo, dijo Bunker.
Como el primer espectrógrafo de este tipo volado en el espacio, NIRSpec tiene una serie de tecnologías innovadoras. La matriz de microobturadores en sí, desarrollada por ingenieros del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, está dispuesta en cuatro secciones rectangulares, cada una de las cuales contiene 365 por 171 microobturadores.
Un imán controlado eléctricamente barre la parte posterior de estos arreglos. Al aplicar una corriente eléctrica a cada microobturador individual, los equipos de control de tierra determinan qué obturadores se abren y cuáles permanecen cerrados. Sin embargo, los ingenieros no pueden abrir microobturadores que estén demasiado juntos, ya que los espectros de los objetos observados se superpondrían. Esto deja la posibilidad de examinar alrededor de un centenar de objetos al mismo tiempo.
«Estos microobturadores son bastante frágiles, por lo que esperamos que una fracción de ellos falle», dijo Bunker. «No es gran cosa porque podemos seguir usando a los demás. Algunos también podrían quedar atascados abiertos, lo que agregaría luz de fondo adicional, pero eso sería muy poco”.
Un cambio de juego
La gran cantidad de estrellas, galaxias, cúmulos de estrellas, planetas y otros cuerpos que estudiará NIRSpec permitirá a los científicos responder a las grandes preguntas, no sobre estrellas y galaxias individuales, sino sobre el universo como un todo.
«NIRSpec cambiará las reglas del juego», dijo Bunker. “La cantidad de objetos que podemos abordar nos permite ver cómo las diferentes variables dependen unas de otras. Por ejemplo, cómo varía la velocidad a la que se forman las estrellas en las galaxias con la masa de la galaxia o su edad”.
Usando NIRSpec, los astrónomos no solo pueden ver las primeras estrellas y galaxias que se formaron en el universo, sino también saber de qué estaban hechas y cómo, después de su muerte, dieron a luz gradualmente a otros elementos químicos que poblaron el universo como vemos. hoy dia.
«Sabemos que el hidrógeno y el helio se formaron durante el Big Bang», dice Bunker. «Pero todos los elementos más pesados se formaron en las estrellas, ya sea durante su vida o cuando murieron. Entonces, en función del tiempo, el número y la proporción de estos elementos más pesados en las galaxias debería aumentar. Y esperamos poder medir eso directamente”.
abriendo sus persianas
Desde que Webb logró su objetivo en enero, el llamado Punto lagrangiano 2 (L2), a unas 930.000 millas (1 millón de kilómetros) de la Tierra, el telescopio se ha enfriado a su temperatura de funcionamiento de menos 369,4 grados Fahrenheit (menos 223 grados Celsius). Dado que Webb busca luz infrarroja, y dado que la luz infrarroja es esencialmente calor, cualquier calor emitido por el propio telescopio cegaría sus detectores supersensibles.
Con Webb teniendo el frío que necesita, sus cuatro instrumentos abren gradualmente sus «ojos» (o microobturadores), lo que permite a los científicos probar su rendimiento en un entorno real, en lugar de en un laboratorio, por primera vez.
«Tenemos una serie de actividades para NIRSpec durante los próximos tres meses», dijo Bunker. “Cuantificamos cuántas aperturas se pueden usar y qué tan alta es su sensibilidad. Pero creo que, en general, el telescopio funciona muy bien”.
Sin embargo, el público tendrá que esperar al menos hasta principios de julio para finalmente echar un vistazo al universo a través de los ojos del telescopio espacial más complejo y caro jamás construido.
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