El Telescopio James-Webb contiene tecnología de Heidelberg

Vista del Webb en un cohete Ariane 5 del artista. (Derechos de autor: ESA / D. Ducros)

Trabajo en la sala limpia: MIRI es un instrumento combinado de cámara y espectrómetro. Componentes mecánicos importantes fueron desarrollados y construidos en el Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg. © Stephen Kill / STFC

Alta tecnología móvil: La rueda de filtros convierte a MIRI en un instrumento científico. Con excepción de los elementos ópticos, el Instituto Max-Planck para la Astronomía ha planeado, diseñado, construido y probado esta pieza. Los 18 elementos ópticos incluyen filtros para delimitar el rango de longitudes de onda, coronógrafos para cubrir objetos brillantes y un prisma. © MPIA / La rueda de filtros hace que MIRI sea un instrumento científico. Con excepción de los elementos ópticos, el MPIA ha planeado, diseñado, construido y probado la rueda de filtros. Los 18 elementos ópticos incluyen filtros para reducir el rango de longitudes de onda, coronógrafos para cubrir objetos brillantes y un prisma. © MPIA

Foto de grupo bajo el telescopio: Esta foto fue tomada con motivo de una reunión del consorcio James Webb y muestra las dimensiones del observatorio espacial. El modelo de este telescopio espacial James Webb corresponde al tamaño original. © Örs Hunor Detre / MPIA / Esta foto, tomada con motivo de una reunión del consorcio James Webb, muestra las dimensiones del Telescopio Espacial James Webb. El modelo de este telescopio corresponde a su tamaño original. © Örs Hunor Detre / MPIA

La misión del Telescopio Espacial James Webb ha sido exitosa hasta ahora. Después del lanzamiento en diciembre de 2021, el viaje hacia el lugar de observación en el llamado punto de Lagrange L2 y una fase de calibración y pruebas que duró varios meses, "James Webb" ahora proporciona las primeras imágenes. A bordo del telescopio espacial se encuentran componentes desarrollados y construidos en el Instituto Max-Planck de Astronomía. Entre ellos hay un filtro giratorio que hace que la cámara MIRI del telescopio Webb sea un instrumento científico, y con el cual astrónomas y astrónomos quieren responder algunas de las preguntas de investigación más apremiantes. Esta contribución es una pieza fundamental que también en el futuro ayudará a mantener la posición del instituto de Heidelberg en la cima mundial de la investigación astronómica.

El 25 de diciembre de 2021, tras décadas de planificación, desarrollo y construcción, así como varias demoras, el telescopio James Webb (JWST) fue lanzado al espacio desde la estación espacial europea en Kourou, Guayana Francesa, mediante un cohete Ariane 5. Para dos de los instrumentos de medición a bordo, el Instituto Max-Planck de Astronomía contribuyó con varios componentes técnicos centrales. El instituto de Heidelberg es uno de los socios principales en el consorcio europeo para MIRI (Instrumento de Infrarrojo Medio). Ingenieras e ingenieros del instituto desarrollaron, con el apoyo de la empresa Hensoldt en Oberkochen, entre otras cosas, un filtro giratorio para la cámara MIRI y dos ruedas de rejillas para el espectrógrafo MIRI.

“Con departamentos técnicos propios, como laboratorios, una oficina de construcción y talleres para electrónica y mecánica de precisión, nuestro instituto ha acumulado durante décadas experiencia en la construcción de instrumentos de medición para satélites”, dice Oliver Krause, director del grupo de investigación en astronomía infrarroja espacial en el Instituto Max-Planck de Heidelberg y principal responsable de las contribuciones técnicas. Esta experiencia es ahora también crucial en el desarrollo de estos componentes exigentes para el JWST.

Además, el equipo de Krause lidera el desarrollo del sistema eléctrico del instrumento MIRI. MIRI trabajará en el rango del espectro de luz infrarroja, que abarca longitudes de onda entre cinco y 28 micrómetros (milésimas de milímetro). El instrumento es tan sensible que podría detectar una vela en uno de los aproximadamente 700 millones de kilómetros de distancia del satélite en el planeta Júpiter.

Asimismo, el Instituto Max-Planck de Astronomía participa en el desarrollo de un filtro y una rueda de rejillas para el instrumento NIRSpec (Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano). NIRSpec cubre un rango espectral entre 0,6 y cinco micrómetros.

Todos estos llamados mecanismos criogénicos —es decir, partes móviles que operan a temperaturas extremadamente frías— deben soportar temperaturas de hasta menos 266 grados Celsius, alcanzadas mediante dispositivos de enfriamiento adicionales. Bajo estas condiciones, los lubricantes y materiales convencionales no funcionarían. Los mecanismos deben operar con precisión, de forma duradera y, sobre todo, sin necesidad de mantenimiento. “Porque los vuelos de reparación, como los realizados para el telescopio espacial Hubble, no son posibles con el JWST”, dice Thomas Henning, director general del Instituto Max-Planck de Astronomía. El telescopio James Webb no orbita la Tierra, sino que está estacionado a 1,5 millones de kilómetros de nuestro planeta. Esta posición de observación fue alcanzada por la estación en enero de 2022.

Las contribuciones de hardware instrumentales del instituto y sus contratistas industriales a los dos instrumentos JWST mencionados ya fueron entregadas con éxito a la NASA en 2012/2013. Desde entonces, los instrumentos han pasado por varias campañas de pruebas rigurosas. El equipo de JWST de Heidelberg participó significativamente en la preparación, ejecución y evaluación de estas pruebas en la NASA en EE. UU. Además, el equipo está profundamente involucrado en el desarrollo del software de procesamiento de datos futuros para el instrumento MIRI.

Por sus contribuciones técnicas, los institutos de investigación participantes reciben programas llamados GT (Guaranteed Time = tiempo garantizado de observación). El grupo de Oliver Krause, en parte en funciones de liderazgo, participa intensamente en estos programas. Además, astrónomas y astrónomos del Max-Planck han asegurado una gran parte del tiempo de observación, que está abierto a toda la comunidad científica. Solo los mejores programas, tras un proceso de revisión, logran obtener esta escasa recurso de tiempo.

Como co-investigador del instrumento MIRI, Thomas Henning lidera uno de los grandes proyectos científicos con este instrumento. “Queremos averiguar qué materiales de construcción contienen los planetas en sus nacientes, las discos de gas y polvo alrededor de estrellas jóvenes. Para ello, usaremos el espectrógrafo MIRI para determinar la composición química del gas y las partículas de polvo”, explica el científico. Algunos investigadores han cambiado a su instituto desde EE. UU. para realizar investigaciones de vanguardia mundial con el JWST. Laura Kreidberg, también directora en el Instituto Max-Planck de Astronomía, ha logrado aprobar dos solicitudes de observación con éxito. Se trata de estudiar las atmósferas de exoplanetas.

El telescopio espacial James Webb fue desarrollado bajo la dirección de la agencia espacial estadounidense NASA desde 1996. Se considera, en términos de los conocimientos que se esperan obtener, el sucesor del telescopio espacial Hubble. Este lleva más de 30 años proporcionando imágenes impresionantes y descubrimientos revolucionarios. Las expectativas para el JWST son, por tanto, muy altas.

Información adicional

El consorcio MIRI está formado por los países miembros de la ESA: Bélgica, Dinamarca, Alemania, Francia, Irlanda, Países Bajos, Suecia, Suiza, España y Reino Unido. El JWST es un proyecto conjunto de la NASA, la ESA y la agencia espacial canadiense CSA.

El trabajo del consorcio es financiado por las organizaciones nacionales de ciencia, en Alemania por la Sociedad Max-Planck (MPG) y el Centro Alemán de Aeronáutica y Astronáutica (DLR). Las instituciones alemanas involucradas son el Instituto Max-Planck de Astronomía en Heidelberg, la Universidad de Colonia y la empresa Hensoldt AG en Oberkochen, anteriormente Carl Zeiss Optronics.