Trabajo de desarrollo con visión clara

En la sala limpia del Instituto Max Planck para la Física Extraterrestre, dos empleados de la empresa espacial OHB transfieren una parte de la óptica de lentes del instrumento NISP (izquierda) a una máquina de medición (derecha). © Johannes Maas

Los cuatro filtros de infrarrojos instalados en el instrumento NISP con diámetros de cuatro centímetros en primer plano y ocho y catorce centímetros en el fondo. Con más de 300 gramos por filtro, estos son los filtros de infrarrojos más grandes y pesados que se han utilizado en una misión espacial astronómica. La base de todos los filtros es vidrio de cuarzo, que se recubre especialmente para que cada filtro solo permita pasar la luz infrarroja en longitudes de onda muy específicas. © MPIA/Felix Hormut / Los cuatro filtros de infrarrojos instalados en el instrumento NISP con diámetros de cuatro centímetros en primer plano y ocho y catorce centímetros en el fondo. Con más de 300 gramos por filtro, estos son los filtros de infrarrojos más grandes y pesados que se han utilizado en una misión espacial astronómica. La base de todos los filtros es vidrio de cuarzo, que se recubre especialmente para que cada filtro solo permita pasar la luz infrarroja en longitudes de onda muy específicas. © MPIA/Felix Hormut

La misión Euclid de la ESA en la sala limpia del Laboratoire d'Astrophysique de Marsella. El sistema de detectores NISP completamente ensamblado se encuentra en el lado derecho, en el foco del telescopio. El sistema de lentes de color azul brillante es claramente reconocible en el lado izquierdo, con los filtros en el aparato ubicados detrás de las lentes. Estos filtros son fundamentales, ya que aseguran que la luz infrarroja pase por un filtrado de color antes de llegar al instrumento NISP. © Consorcio Euclid y equipo del instrumento NISP

Quien planee un telescopio espacial como Euclid, tiene exactamente un intento de lanzamiento. Para operar tecnología en condiciones espaciales, los investigadores y equipos de ingenieros de la Sociedad Max-Planck tuvieron que superar grandes desafíos. Han desarrollado componentes ópticos y partes de los instrumentos a bordo y actualmente se encargan de garantizar datos impecables. Que en años de planificación algo pueda salir mal demuestra que Euclid empuja los límites de lo que hasta ahora era posible.

El momento en que el telescopio espacial Euclid envió sus primeras imágenes a la Tierra fue precedido por décadas de investigación y desarrollo técnico. También participaron en ello investigadores e ingenieros de los Institutos Max-Planck para la Astronomía en Heidelberg y para la Física Extraterrestre en Garching cerca de Múnich. Forman parte del consorcio Euclid, que está compuesto por centros de investigación en 17 países. Y han desarrollado y construido los dos instrumentos del telescopio, la cámara óptica (VIS, Instrumento Visible) y la Cámara de Infrarrojo Cercano (NISP, Espectrómetro y Fotómetro de Infrarrojo Cercano). Otro equipo de los dos Institutos Max-Planck ahora garantiza, junto con colegas de otras instituciones, el funcionamiento del telescopio y la logística y calidad de los datos transmitidos.

Una pieza única

Euclid se encuentra en un eje imaginario entre el Sol y la Tierra, detrás de la Tierra, y desde allí busca cubrir una gran parte del cielo visible en busca de galaxias lejanas. Aquí, lejos de la atmósfera terrestre, nada enturbia la vista del oscuro y diverso universo. El telescopio es una pieza única. "Hemos desarrollado juntos los mayores sistemas de lentes ópticas que se hayan utilizado jamás en una misión espacial científica", dice Frank Grupp, científico principal en el Instituto Max-Planck para la Física Extraterrestre y la Ludwig-Maximilians-Universität. Cuatro lentes, con hasta 18 centímetros de diámetro y 2,5 kilogramos de peso, eso nunca antes se había hecho.

Incluso los tres filtros de color del instrumento NISP rompen récords. "Son los filtros de infrarrojo más grandes de todas las misiones espaciales de astronomía hasta ahora", dice Knud Jahnke, del Instituto Max-Planck para la Astronomía, que desarrolló los filtros junto con la industria. La superficie de la cámara de Euclid captura una imagen que tiene aproximadamente el tamaño de la Luna llena y es unas 250 veces mayor que el Campo Profundo del Hubble, una sola toma del telescopio espacial Hubble, una ventana estrecha en la que se pudieron ver miles de galaxias lejanas.

El gran campo de visión y la gran óptica se complementan mutuamente. Se utilizan para fotografiar en solo seis años casi todo el cielo visible más allá de nuestra propia galaxia con alta resolución y detalle, y para crear un mapa tridimensional que incluye miles de millones de galaxias. El objetivo: responder a cómo se ha desarrollado el universo y qué papel han jugado la Materia Oscura y la Energía Oscura en ello.

Minutos de incertidumbre

Después de tantos años en los que los instrumentos del telescopio se ensamblaron cuidadosamente en condiciones de alta pureza, Euclid despegó el 1 de julio de 2023 con un estruendoso ruido en la parte superior de un cohete Falcon 9 desde la estación espacial de Cabo Cañaveral. Frank Grupp recuerda: "Cuando sentí los motores en el vientre y el pecho, pensé en mis lentes, que estaban a solo unos 60 metros de los motores y estaban expuestos a vibraciones mucho más fuertes". Sin embargo, confiaba en que la óptica resistiría.

"La mayor parte de la mecánica está diseñada para soportar dos minutos de lanzamiento, durante los cuales se producen fuerzas extremas", dice Knud Jahnke. Los mayores contratiempos ocurrieron solo al principio de la planificación. "Al principio, un diseño de lente falló en la bancada de pruebas. Dolió. Era ligera, pero demasiado frágil por el material. Aprendimos de ello", dice Frank Grupp. "El fracaso es un tema delicado, pero es importante". Las lentes que se enviaron al espacio eran más pesadas, pero más resistentes. Una decisión de compromiso, ya que cada gramo de peso de despegue cuesta dinero caro.

El éxito está en los detalles

Para que la óptica de Euclid también produzca imágenes adecuadas para estudios cosmológicos, es decir, imágenes mejores que las que alguna vez hayan sido posibles desde tierra, se necesitan científicos y científicas de calibración. En el Instituto Max-Planck para la Astronomía, ellos median entre las expectativas del sistema del telescopio en condiciones ideales y las condiciones reales del telescopio en órbita. Optimizan las imágenes y los datos estudiando cuidadosamente las peculiaridades de los instrumentos y del telescopio, así como la influencia del entorno hostil del espacio, y teniendo en cuenta estos aspectos posteriormente. "El instrumento es como es", dice Knud Jahnke. "Puedo calcular en papel lo que se esperaría, pero en el espacio las condiciones son ligeramente diferentes a las del laboratorio en la Tierra".

Un mapa tridimensional del universo

Después de seis años, Euclid habrá entregado aproximadamente 40,000 tomas. Para convertir las imágenes bidimensionales en un mapa tridimensional de las galaxias en nuestro universo observable, telescopios terrestres ayudarán a determinar las distancias a las galaxias fotografiadas. "Los datos de los telescopios que consultamos desde la Tierra superan con creces el volumen de datos de Euclid", dice Maximilian Fabricius, del Instituto Max-Planck para la Física Extraterrestre y la Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich, quien dirige el centro de datos alemán de Euclid. Entre ellos: datos espectroscópicos, es decir, los componentes de color de la luz visible, que junto con los espectros infrarrojos de Euclid permitirán determinar las distancias a miles de millones de galaxias.

La confianza genera seguridad

Las primeras imágenes científicas publicadas demuestran que el diseño del telescopio cumple con todos los requisitos. Los institutos Max-Planck involucrados participaron durante el desarrollo del telescopio en un proceso complejo y minucioso. Un telescopio espacial así solo tiene un intento de lanzamiento y no es posible realizar reparaciones posteriormente. La clave del éxito, según Knud Jahnke, no solo radica en el conocimiento técnico, sino en una cultura de errores abierta durante el desarrollo: "Le hizo mucho bien a la misión que siempre se pudieran abordar los problemas abiertamente y que se tratara todo con confianza mutua".