Cómo los telescopios espaciales ven lo que los observatorios terrestres no pueden

La luz de las estrellas y galaxias viaja por el universo en muchas formas, no solo en los colores visibles que el ojo humano puede ver. La luz ultravioleta, infrarroja, de rayos X y gamma transporta información sobre estrellas jóvenes calientes, nubes de polvo frío, estrellas explosionadas y agujeros negros. Sin embargo, la atmósfera terrestre absorbe o distorsiona la mayor parte de esa luz antes de que llegue al suelo, según la Ciencia de la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA).

Por qué la atmósfera terrestre es una barrera

La ESA explica que la atmósfera crea dos problemas separados para la astronomía infrarroja. Primero, absorbe la mayoría de las longitudes de onda infrarroja directamente, permitiendo que solo algunas bandas estrechas lleguen a los telescopios terrestres. Segundo, la atmósfera misma brilla en infrarrojo, a menudo emitiendo más radiación que el objeto cósmico débil que los astrónomos están tratando de estudiar, lo que entierra la señal en ruido.

La ESA también señala que la atmósfera bloquea la mayor parte de la radiación de alta energía y ultravioleta, incluidos rayos X, rayos gamma y la mayoría de los rayos ultravioleta. La NASA señala que Chandra, su observatorio de rayos X, orbita a una altitud de aproximadamente 139.000 kilómetros (86.500 millas) por encima de la Tierra, aproximadamente 200 veces más alto que Hubble, específicamente porque los rayos X nunca llegan a la superficie.

Mover un telescopio por encima de la atmósfera, o lejos de la Tierra en conjunto, elimina ambos problemas a la vez: no hay aire para absorber la luz, y no hay brillo atmosférico para hundirla.

Diferentes telescopios, diferentes luces

Cada observatorio espacial importante está sintonizado a una parte específica del espectro. Hubble, lanzado en 1990, observa principalmente luz ultravioleta y visible (0,1 a 2,5 micras) y orbita aproximadamente 300 millas (483 km) por encima de la Tierra, todavía al alcance de misiones ocasionales de servicio, según la Ciencia de la NASA. El Telescopio Espacial James Webb, lanzado en diciembre de 2021, está construido para luz infrarroja y se sitúa mucho más distante, cerca del segundo punto de Lagrange (L2) aproximadamente un millón de millas de la Tierra, donde su propio calor y el calor de la Tierra no pueden interferir con las señales infrarrojas débiles que intenta detectar.

El espejo primario de Webb abarca 6,5 metros (21,3 pies), en comparación con los 2,4 metros (7,9 pies) de Hubble, dándole más de seis veces el área de recolección de luz. La Ciencia de la NASA establece que Webb puede detectar objetos hasta 100 veces más débiles de lo que Hubble puede ver. Porque la expansión del universo estira la luz de las galaxias más distantes y más antiguas en longitudes de onda infrarroja, un efecto de corrimiento al rojo, la sensibilidad infrarroja de Webb le permite mirar más atrás en el tiempo cósmico de lo que pueden los instrumentos ultravioleta-y-visible de Hubble.

Webb lleva instrumentos dedicados para diferentes rangos infrarrojos. Su Cámara de Infrarrojo Cercano (NIRCam) cubre 0,6 a 5 micras y sirve como el imager de infrarrojo cercano principal de Webb, según la página del instrumento de Ciencia de la NASA. El Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) cubre 5 a 28 micras y combina una cámara, un espectrógrafo que divide la luz en un espectro para medir el brillo en cada longitud de onda, y un coronagrafo que bloquea el brillo de una estrella para que se puedan ver planetas más débiles cercanos. MIRI necesita un enfriador criogénico adicional para mantenerse más frío que el resto del observatorio para que sus detectores no sean cegados por el calor residual de Webb.

No todos los observatorios espaciales producen imágenes. La nave espacial Gaia de la ESA, lanzada el 19 de diciembre de 2013 y estacionada cerca de L2, está construyendo un mapa tridimensional extraordinariamente preciso de más de dos mil millones de estrellas en la Vía Láctea, rastreando sus movimientos, luminosidad, temperatura y composición, según la página de la misión Gaia de la ESA. La ESA dice que Gaia mejoró la precisión posicional por un factor de cien en comparación con su predecesor, el satélite Hipparcos; la misión entró en su fase posterior a las operaciones después de enfrentar problemas de sensores y micrometeoroides en 2024.

En el extremo de alta energía del espectro, el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA, lanzado el 23 de julio de 1999, detecta rayos X de fenómenos extremadamente calientes: estrellas explosionadas, cúmulos de galaxias y material arremolinándose alrededor de agujeros negros, según la página de la misión de astrobiología de la NASA.

Uniendo las piezas

El científico del proyecto Herschel de la ESA, Göran Pilbratt, describió el valor de la observación infrarroja específicamente para estudiar cómo se forman las estrellas y los planetas: 'Observando en infrarrojo podemos estudiar cómo se forman las cosas, los primeros pasos, porque los procesos de formación muy a menudo ocurren en lugares fríos y polvorientos', dijo, según la ESA. La luz infrarroja atraviesa las nubes de polvo que bloquean la luz visible, permitiendo que instrumentos como NIRCam y MIRI de Webb vean estrellas recién nacidas y planetas ocultos dentro de nebulosas.

Como ningún telescopio único cubre todo el espectro, los astrónomos rutinariamente combinan datos de varios observatorios. La Ciencia de la NASA describe a Hubble y Webb como socios complementarios en lugar de rivales: la visión infrarroja más profunda de Webb corta a través del polvo y el gas, mientras que la visión ultravioleta y visible de Hubble complementa las vistas infrarrojas de Webb, juntos produciendo vistas más amplias de los mismos objetos.