Este artículo fue publicado originalmente en La conversación. La publicación contribuyó con el artículo a Space.com Voces de expertos: Op-Ed e Insights.
Imagine una cámara tan poderosa que puede ver luz de las galaxias que se formaron más que Hace 13 mil millones de años. Eso es exactamente lo que está construido el telescopio espacial James Webb de la NASA.
Desde que se lanzó en Diciembre de 2021Webb ha estado orbitando más de un millón de millas de la Tierra, capturando imágenes impresionantes de espacio profundo. Pero, ¿cómo funciona realmente? ¿Y cómo puede ver hasta ahora? El secreto radica en sus poderosas cámaras, especialmente las que no ven la luz como lo hacen nuestros ojos.
Soy astrofísico quien estudia galaxias y agujeros negros supermasivosy el telescopio Webb es una herramienta increíble para observar algunas de las primeras galaxias y agujeros negros del universo.
Cuando Webb toma una foto de una galaxia lejana, los astrónomos como yo realmente están viendo cómo se veía esa galaxia hace miles de millones de años. La luz de esa galaxia ha estado viajando a través del espacio durante los miles de millones de años que se necesitan para llegar al espejo del telescopio. Es como tener una máquina del tiempo que toma instantáneas del universo temprano.
Al usar un espejo gigante para recolectar luz antigua, Webb ha estado descubriendo nuevos secretos sobre el universo.
Un telescopio que ve calor
A diferencia de las cámaras normales o incluso el Bosque El telescopio espacial, que toma imágenes de luz visible, Webb está diseñado para ver un tipo de luz que es invisible para sus ojos: luz infrarroja. La luz infrarroja tiene longitudes de onda más largas que la luz visible, por lo que nuestros ojos no pueden detectarla. Pero con los instrumentos correctos, Webb puede capturar la luz infrarroja para estudiar algunos de los objetos más tempranos y más distantes del universo.
Aunque el ojo humano no puede verlo, las personas pueden detectar la luz infrarroja como una forma de calor utilizando tecnología especializada, como cámaras infrarrojas o sensores térmicos. Por ejemplo, las gafas de visión nocturna usan luz infrarroja para detectar objetos cálidos en la oscuridad. Webb utiliza la misma idea para estudiar estrellas, galaxias y planetas.
¿Por qué infrarrojo? Cuando la luz visible de las galaxias lejanas viaja por el universo, se estira. Esto es porque el El universo se está expandiendo. Ese estiramiento convierte la luz visible en luz infrarroja. Entonces, las galaxias más distantes en el espacio ya no brillan en la luz visible: brilla en débiles infrarrojos. Esa es la luz Webb está diseñada para detectar.
Un espejo dorado para reunir el más leve brillo
Antes de que la luz llegue a las cámaras, primero debe ser recopilada por el telescopio Webb enorme espejo dorado. Este espejo tiene más de 21 pies (6.5 metros) de ancho y está hecho de 18 piezas de espejo más pequeñas que se unen como un panal. Está recubierto con una capa delgada de oro real, no solo para verse elegante, sino porque el oro refleja la luz infrarroja extremadamente bien.
El espejo reúne la luz del espacio profundo y la refleja en los instrumentos del telescopio. El Más grande el espejocuanto más luz puede recolectar, y cuanto más se pueda ver. Webb’s Mirror es el más grande jamás lanzado al espacio.
Dentro de las cámaras: Nircam y Miri
Los “ojos” más importantes del telescopio son dos instrumentos científicos que actúan como cámaras: Nircam y Miri.
Nircam significa cámara de infrarrojo cercano. Es la cámara principal en Webb y toma imágenes impresionantes de galaxias y estrellas. También tiene un coronagrafo – Un dispositivo que bloquea la luz de la estrella para que pueda fotografiar objetos muy débiles cerca de fuentes brillantes, como planetas que orbitan estrellas brillantes.
Nircam funciona mediante imágenes de luz infrarroja cercanael tipo más cercano a lo que los ojos humanos casi pueden ver, y dividirlo en diferentes longitudes de onda. Esto ayuda a los científicos a aprender no solo cómo se ve algo sino de qué está hecho. Diferentes materiales en el espacio absorben y emiten luz infrarroja a longitudes de onda específicas, creando un tipo de único huella digital química. Al estudiar estas huellas digitales, los científicos pueden descubrir las propiedades de las estrellas y galaxias distantes.
Miri, o el instrumento de infrarrojo medio, detecta longitudes de onda infrarrojas más largasque son especialmente útiles para detectar objetos más fríos y polvorientos, como las estrellas que todavía se están formando dentro de las nubes de gas. Miri incluso puede ayudar a encontrar pistas sobre los tipos de moléculas en las atmósferas de planetas que podrían apoyar la vida.
Ambas cámaras son mucho más sensibles que las cámaras estándar utilizadas en la Tierra. Nircam y Miri pueden detectar las cantidades más pequeñas de calor de miles de millones de años luz de distancia. Si tuviera el Nircam de Webb como sus ojos, podría ver el calor de un abejorro en la luna. Así de sensible es.
Debido a que Webb está tratando de detectar un calor débil de los objetos lejanos, debe mantenerse lo más frío posible. Por eso lleva un escudo solar gigante del tamaño de una cancha de tenis. Este protector solar de cinco capas bloquea el calor desde el sol, Tierra e incluso la lunaayudando a Webb a mantenerse increíblemente frío: alrededor de -370 grados F (-223 grados C).
Miri necesita ser aún más frío. Tiene su propio refrigerador especial, llamado criocooler, para mantenerlo frío hasta casi -447 grados F (-266 grados C). Si Webb fuera un poco cálido, su propio calor ahogaría las señales distantes que está tratando de detectar.
Convertir la luz espacial en imágenes
Una vez que la luz llega a las cámaras del telescopio Webb, golpea sensores llamados detectores. Estos detectores No captures fotos regulares como una cámara de teléfono. En cambio, convierten la luz infrarroja entrante en datos digitales. Esos datos se envían de regreso a la Tierra, donde los científicos los procesan en Imágenes a todo color.
Los colores que vemos en las imágenes de Webb no son lo que la cámara “ve” directamente. Debido a que la luz infrarroja es invisible, los científicos asignan colores a diferentes longitudes de onda para ayudarnos a comprender lo que hay en la imagen. Estas imágenes procesadas ayudan a mostrar la estructura, la edad y la composición de las galaxias, las estrellas y más.
Al usar un espejo gigante para recolectar luz infrarroja invisible y enviarla a cámaras súper frías, Webb nos permite ver galaxias que se formaron justo después de que comenzara el universo.
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