El Telescopio Espacial James Webb de la NASA observará las primeras galaxias que se forman después del Big Bang pero, para hacerlo, sus instrumentos deben enfriarse, enfriarse mucho. El 7 de abril, el Mid-Infrared Instrument (MIRI) de Webb, un desarrollo conjunto de la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea) alcanzó su temperatura operativa final, por debajo de los 7º kelvin (menos 266 grados Celsius o menos de 447 grados Fahrenheit).
Junto con los otros tres instrumentos de Webb, MIRI inicialmente se enfrió a la sombra del parasol, que tiene el tamaño de una cancha de tenis, hasta unos 90 Kelvin (menos 183º C, o menos 298º F). Pero para bajar a menos de 7º Kelvin se requiere de un refrigerador criogénico alimentado eléctricamente. El equipo superó un hito particularmente desafiante llamado “pinch point“, cuando el instrumento pasó de 15º kelvins (menos 258º C, o menos 433º F) a 6,4º kelvins (menos 267º C, o menos 448º F).
“El equipo del enfriador MIRI ha trabajado mucho para desarrollar el procedimiento para lograr la gélida temperatura”, dijo Analyn Schneider, gerente de proyecto de MIRI en el Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, en el sur de California. “El equipo estaba emocionado y nervioso al entrar en la actividad crítica. Al final, fue una ejecución del procedimiento de manual, y el rendimiento del enfriador es incluso mejor de lo esperado”.
La baja temperatura es necesaria porque los cuatro instrumentos de Webb detectan luz infrarroja, longitudes de onda ligeramente más largas que las que pueden ver los ojos humanos. Las galaxias distantes, las estrellas escondidas en envolturas de polvo y los planetas fuera de nuestro sistema solar emiten luz infrarroja. Pero también lo hacen otros objetos cálidos, incluido el propio hardware electrónico y óptico de Webb. Enfriar los detectores de los cuatro instrumentos y el hardware circundante suprime esas emisiones infrarrojas. MIRI detecta longitudes de onda infrarrojas más largas que los otros tres instrumentos, lo que significa que debe estar aún más frío.
Otra razón por la que los detectores de Webb deben estar fríos es para suprimir algo llamado corriente oscura o corriente eléctrica, creada por la vibración de los átomos en los propios detectores. La corriente oscura imita una señal real en los detectores, pudiendo dar la falsa impresión de que proviene de la luz de una fuente externa. Esas señales falsas pueden ahogar las señales reales que los astrónomos quieren detectar. Dado que la temperatura es una medida de la velocidad a la que vibran los átomos en el detector, reducir la temperatura significa menos vibración, lo que a su vez significa menos corriente oscura.
La capacidad de MIRI para detectar longitudes de onda infrarrojas más largas también lo hace más sensible a la corriente oscura, por lo que debe estar más frío que los otros instrumentos para eliminar por completo ese efecto. Por cada grado que aumenta la temperatura del instrumento, la corriente oscura aumenta en un factor aproximadamente de 10.
Una vez que MIRI alcanzó los gélidos 6,4º Kelvin, los científicos comenzaron una serie de comprobaciones para asegurarse de que los detectores funcionaran como se esperaba. El equipo de MIRI analiza los datos que describen el estado del instrumento y luego le da al instrumento una serie de comandos para ver si puede ejecutar las tareas correctamente. Este hito es la culminación del trabajo de científicos e ingenieros de varias instituciones además del JPL, incluido Northrop Grumman, que construyó el enfriador criogénico, y el Goddard Space Flight Center de la NASA, que supervisó la integración de MIRI y el enfriador con el resto del observatorio.
“Pasamos años practicando para ese momento, ejecutando los comandos y las comprobaciones que hicimos en MIRI”, dijo Mike Ressler, científico del proyecto MIRI en el JPL. “Era como el guion de una película: todo lo que se suponía que debíamos hacer estaba escrito y ensayado. Cuando llegaron los datos de la prueba, me emocionó ver que se veía exactamente como se esperaba y que teníamos el instrumento en buen estado”.
Todavía hay más retos a los que el equipo deberá enfrentarse antes de que MIRI pueda comenzar su misión científica. Ahora que el instrumento está a la temperatura óptima de funcionamiento, los miembros del equipo tomarán imágenes de prueba de estrellas y otros objetos conocidos que se pueden usar para calibrar y verificar las operaciones y la funcionalidad del instrumento. El equipo realizará estos preparativos junto con la calibración de los otros tres instrumentos, consiguiendo las primeras imágenes científicas de Webb este verano.
“Estoy inmensamente orgulloso de ser parte de este grupo de científicos e ingenieros altamente motivados y entusiastas provenientes de toda Europa y E.E.U.U.”, dijo Alistair Glasse, científico de instrumentos MIRI en el Astronomy Technology Centre (ATC) del Reino Unido en Edimburgo, Escocia. “Este período es nuestra ‘prueba de fuego’, pero ya me queda claro que los lazos personales y el respeto mutuo que hemos construido en los últimos años es lo que nos ayudará a superar los próximos meses para entregar un instrumento fantástico a la comunidad astronómica mundial”.
Más información de la misión
El Telescopio Espacial James Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, la ESA y la Canadian Space Agency.
MIRI se desarrolló a través de una asociación al 50% entre la NASA y la ESA. El JPL lidera los esfuerzos de EE.UU. para MIRI, y un consorcio multinacional de institutos astronómicos europeos lo hace para la ESA. George Rieke, de la Universidad de Arizona, es el líder del equipo científico de MIRI. Gillian Wright es la investigadora principal europea del MIRI.
Laszlo Tamas con UK ATC gestiona el Consorcio Europeo. El desarrollo del enfriador criogénico MIRI fue dirigido y administrado por el JPL, en colaboración con Northrop Grumman en Redondo Beach, California, y el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland.
Edición: R. Castro.