Salto de gigante en la visión infrarroja del universo gracias al Webb

Desde su lanzamientoel pasado 25 de diciembre, el telescopio espacial James Webb ha avanzado con éxito en las distintas fases del despliegue de los distintos elementos y en la puesta en marcha del telescopio. El pasado 28 de abril, NASA anunció la finalización de todo el proceso de enfoque del telescopio, dando inicio a la fase de caracterización en detalle de los distintos instrumentos.

Las imágenes más nítidas del instrumento MIRI del Webb abren nuevas posibilidades para la ciencia. Tiene una sensibilidad hasta cien veces mayor que su predecesor, el telescopio Spitzer.

Ahora la agencia espacial estadounidense ha ofrecido los últimos resultados de MIRI (Mid-Infrared Instrument), el instrumento más sofisticado enviado al espacio para trabajar en el rango del infrarrojo térmico (longitudes de onda de 5 a 28 micras), abriendo nuevas posibilidades para la ciencia.

MIRI aúna una cámara de imagen, un espectrógrafo de campo integral y un coronógrafo. Y todo ello con una sensibilidad de diez a cien veces más que su inmediato predecesor, el telescopio Spitzer (también de la NASA), y una resolución angular de 6 a 8 veces superior. La comparativa entre sus imágenes muestra el salto de gigante en la visión infrarroja del universo.

Participación española en MIRI

La participación española en MIRI está liderada por el investigador Luis Colina del Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA), al que pertenece también Santiago Arribas que participa en otro de los instrumentos del Webb (NIRSpec).

"Las características de MIRI hacen que sea un instrumento único y esté llamado a ser una pieza fundamental en la exploración del universo, desde exoplanetas y discos protoplanetarios (que dieron lugar a sistemas planetarios), pasando por las regiones de formación de estrellas, hasta los agujeros negros en galaxias cercanas y la formación y evolución de galaxias desde los primeros tiempos de universo y a lo largo de su historia", apunta Colina.

Desde 2001 España participa en el desarrollo del instrumento y en su definición científica. Actualmente dos miembros del equipo nacional, Javier Álvarez y Álvaro Labiano, trabajan en su puesta en marcha y caracterización en órbita desde el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore (EE UU).

Como expertos en el espectrógrafo de MIRI e interesados en la formación de las primeras galaxias, ambos tratarán de entender el origen y la formación de los agujeros negros masivos que, con masas equivalente a mil millones de masas solares, aparecen en las épocas tempranas del cosmos.

También se plantean trazar cómo y cuándo se formaron las primeras agrupaciones estelares apoyándose en una característica única de MIRI, que es la posibilidad de poder estudiar por primera vez el rango óptico e infrarrojo cercano de galaxias que se formaron al inicio del universo, cuando tenía sólo un 3-5 % de su actual edad.

Los investigadores del CAB que participan en diversos proyectos científicos esperan con ansiedad el empezar a analizar datos en el verano, una vez que termine el proceso de puesta a punto y caracterización del instrumento.

David Barrado Navascués, miembro del equipo científico MIRI de exoplanetas comenta: "Un grupo icónico de planetas de diversos tipos será observado con MIRI, incluyendo espectroscopía de gigantes gaseosos calientes o rocosos. También se hará uso del coronógrafo para obtener imágenes directas de planetas masivos y relativamente jóvenes. Además se obtendrán espectros de varias enanas marrones, objetos de apariencia estelar pero con propiedades cercanas a los planetas, para determinar las propiedades de sus atmósferas y mejorar los modelos teóricos que se aplican a los exoplanetas".

"Las estrellas y las enanas marrones –añade–, cuando son muy jóvenes, tienen discos de polvo y gas, restos de los procesos de formación. Estas estructuras dan origen a sistemas planetarios. Se obtendrán imágenes y espectros detallados de un grupo selecto con una sensibilidad y resolución sin precedentes, lo que cambiará completamente los paradigmas que hasta ahora poseíamos".

Primeras estrellas del universo

Por su parte, Pablo Pérez Gónzalez, experto en cartografiados cosmológicos y miembro del equipo MIRI de universo primigenio, explica: "Todas las galaxias distantes que hoy conocemos, que existían en el primer 5 % de la edad del universo, están formando estrellas muy activamente. Pero las observaciones que nos han proporcionado hasta ahora telescopios como Hubble, GTC o ALMA indican que no estamos viendo las primeras estrellas que se formaron en esos objetos. La prueba es que en todas esas galaxias existen elementos más pesados que el hidrógeno o el helio, los únicos que estaban presentes cuando no existía ninguna galaxia".

"Nuestros datos actuales –continúa–, solo nos revelan la presencia de las estrellas muy jóvenes masivas y calientes, que son tremendamente brillantes. MIRI, de manera única y gracias a su sensibilidad y resolución espacial, nos dará información sobre estrellas más viejas, más pequeñas y evolucionadas que están presentes en esas galaxias distantes, que dominan su masa total, y que hasta ahora han permanecido completamente ocultas a nuestros telescopios, cegados por las muy brillantes estrellas jóvenes".

Almudena Alonso Herrero, miembro del equipo MIRI de galaxias cercanas, añade: "Las galaxias que vamos a observar en este programa contienen agujeros negros supermasivos en sus centros que están acretando material de forma activa. Además, en varias de ellas se han detectado supervientos asociados al núcleo activo, así como a formación estelar intensa. Las observaciones con MIRI nos permitirán estudiar el material que oscurece a estos núcleos activos, la cinemática de los supervientos y las regiones centrales de estas galaxias donde se están formando nuevas estrellas. Además, se investigará el posible efecto que puedan tener los supervientos en las galaxias que los albergan".

MIRI también permitirá estudiar con una nitidez sin precedentes las propiedades y supervivencia de moléculas complejas, los denominados hidrocarburos policíclicos aromáticos con decenas de átomos de carbono, en los entornos de extrema radiación cercanos a los agujeros negros supermasivos. En una imagen obtenida con MIRI de la Gran Nube de Magallanes se aprecia, además de un gran número de estrellas, emisión difusa producida por el polvo y estas moléculas.

"El principal objetivo del Webb es explorar nuestros orígenes cósmicos: observará las primeras galaxias del universo, revelará el nacimiento de las estrellas y planetas y examinará los exoplanetas en busca de condiciones que favorezcan la vida. Sin duda alguna MIRI será un elemento clave en esta exploración", concluye Colina.