¡®James Webb¡¯: un salto de fe al vac¨ªo

Cuando un ingeniero construye un puente o un arquitecto planea un edificio saben para qu¨¦ se va a utilizar su creaci¨®n: permitir¨¢n sortear un r¨ªo y acercar a las personas haciendo m¨¢s f¨¢cil su viaje o albergar¨¢ a familias que crear¨¢n un hogar en ¨¦l. Cuando un investigador que se dedica a la ciencia b¨¢sica idea un experimento y los instrumentos que permitir¨¢n ejecutarlo realiza en cierta medida un salto al vac¨ªo, con la esperanza, hablar de certeza en ciencia no es adecuado, de que nos revelar¨¢n secretos de la realidad que escapaban a nuestra imaginaci¨®n. Los astrof¨ªsicos o los f¨ªsicos de part¨ªculas incluso vamos m¨¢s all¨¢: ideamos instrumentos, telescopios o grandes aceleradores de part¨ªculas, y ni siquiera sabemos todos los experimentos que llevaremos a cabo, los vamos dise?ando sobre la marcha. No buscamos solo respuestas, sino tambi¨¦n esperamos poder plantearnos y aprender a formular nuevas preguntas acerca de la realidad que a¨²n desconocemos.

Esta semana empezaremos otra vez este viaje de fe a lo desconocido con el telescopio espacial James Webb (JWST por sus siglas en ingl¨¦s), que espera en la Guayana Francesa a bordo de un cohete Ariane 5 para su puesta en ¨®rbita. Con el JWST viajan sus instrumentos, dos de los cuales, llamados MIRI y NIRSpec, han sido dise?ados y construidos con una importante participaci¨®n de cient¨ªficos e ingenieros espa?oles, en instituciones p¨²blicas como el Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial (INTA), nuestra casa, y el Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas (CSIC), dentro del Centro de Astrobiolog¨ªa (CAB). Varios investigadores en este centro y centenares en el mundo han esperado este momento durante los m¨¢s de treinta a?os que han transcurrido desde que se empez¨® a hablar de un sustituto para el Hubble, all¨¢ por los a?os 90 del siglo pasado. Algunos hemos esperado algo menos, pero, a¨²n as¨ª, es much¨ªsimo tiempo, as¨ª que todos estamos ansiosos.

El JWST nos permitir¨¢ estudiar cosas alucinantes, contestar a preguntas b¨¢sicas sobre qu¨¦ es el universo, que nos mantendr¨¢n ocupados a muchos cient¨ªficos del CAB y a nuevos astrof¨ªsicos espa?oles y de todo el mundo en las pr¨®ximas d¨¦cadas. Presentamos aqu¨ª brevemente algunas de esas cuestiones. Estos son solo ejemplos de lo que pensamos que aprenderemos, nos aguardan muchas m¨¢s cosas que nos sorprender¨¢n y no sabemos que descubriremos por lo que nadie puede escribir sobre ellas ahora mismo.

La primera pregunta es doble, para empezar fuerte: ?D¨®nde se crean los ingredientes para la vida?, ?c¨®mo aparecieron o llegaron a la Tierra? El JWST, justo despu¨¦s de que se hagan todas las comprobaciones de sistemas, algo que durar¨¢ 6 meses, all¨¢ por verano de 2022, observar¨¢ varias estrellas en formaci¨®n, lo que denominamos protoestrellas, en las que el material de su n¨²cleo va poco a poco concentr¨¢ndose y calent¨¢ndose hasta llegar a tener las condiciones necesarias para comenzar la fusi¨®n de hidr¨®geno en helio. Sabemos que como parte del proceso el material que va cayendo a la protoestrella o construyendo planetas crea cristales de hielo donde se pueden formar, bombardeados por fotones muy energ¨¦ticos provenientes de la protoestrella o estrellas reci¨¦n nacidas cercanas, lo que se conoce como mol¨¦culas org¨¢nicas prebi¨®ticas. ?Qu¨¦ son esas mol¨¦culas? Pues pueden ser la clave para entender c¨®mo se pudo pasar de compuestos qu¨ªmicos inanimados a mol¨¦culas complejas con carbono e hidr¨®geno, dos de los cinco elementos m¨¢s abundantes en las nubes protoestelares; los otros 3 son el helio, as¨ª como el ox¨ªgeno y el nitr¨®geno, tambi¨¦n esenciales para la vida como la conocemos en la Tierra. El JWST ser¨¢ capaz de estudiar esos cristales de hielo, y no solo hielo de agua, sino tambi¨¦n de otros compuestos como el metano y plagados de part¨ªculas de polvo c¨®smico formado por compuestos de s¨ªlice, que junto con las mol¨¦culas org¨¢nicas son tambi¨¦n importantes para la vida.

Segunda tanda de preguntas: ?c¨®mo se forman los agujeros negros m¨¢s grandes que existen?, ?influyen en la formaci¨®n de las galaxias y en nuestro futuro? Actualmente pensamos que todas las galaxias tienen un agujero negro supermasivo en su centro. El problema es que los agujeros negros, por definici¨®n, no emiten luz, as¨ª que no los podemos ver directamente. Pero s¨ª podemos ver el material que est¨¢ cerca de ellos: si algo se acerca lo suficiente, una estrella o una nube de gas, se ve influenciado por su potente campo gravitatorio, se calienta y emite luz. Podemos conocer las propiedades del agujero negro por lo que come o est¨¢ cerca de engullir. El problema es que para que un agujero negro crezca tiene que tener una gran cantidad de material alrededor, y las partes m¨¢s externas de ese material ocultan lo que est¨¢ ocurriendo cerca del agujero negro, nos impiden verlo. Pero hay una soluci¨®n: estudiar el sistema por medio de luz que sea capaz de atravesar ese material opaco para la luz que ven nuestros ojos, y eso es la luz infrarroja, justo la especialidad del JWST. As¨ª que esperamos ver c¨®mo crece un agujero negro hasta hacerse supermasivo y analizar si en su crecimiento no solo engulle gran cantidad de material, sino que tambi¨¦n expulsa otro que puede cambiar el medio ambiente y el entorno de galaxias completas, influyendo en su destino.

Y una ¨²ltima pregunta: ?c¨®mo se construyen las galaxias, c¨®mo es su infancia, su juventud y su ¨¦poca madura, en la que ya estamos? Ah¨ª es donde estoy m¨¢s involucrado yo mismo, acompa?ando a otros cient¨ªficos del Centro de Astrobiolog¨ªa, donde compartiremos nuestros hallazgos con los que se dedican a estudiar exoplanetas o el medio interestelar. En los pr¨®ximos a?os observaremos peque?as zonas del cielo y descubriremos decenas de miles de nuevas galaxias. Buscaremos m¨¢s all¨¢ de lo que nunca hemos llegado, tomando im¨¢genes de los confines espacio-temporales del universo, intentando encontrar el momento en el que empezaron a formarse las primeras estrellas y los primeros ¨¢tomos de carbono u ox¨ªgeno de los que estamos hechos, en el conocido como amanecer c¨®smico. Y tambi¨¦n estudiaremos con un detalle inigualable las distintas estructuras que componen las galaxias y que han ido form¨¢ndose a lo largo del tiempo hasta dar galaxias como la nuestra, la V¨ªa L¨¢ctea, buscando las claves para entender toda su evoluci¨®n.

El 25 de diciembre se lanza el JWST. ?Qu¨¦ descubriremos con ¨¦l? Seguramente veamos cosas con las que antes fantase¨® un escritor o un guionista de Hollywood. JWST mirar¨¢ al vac¨ªo y donde solo parece haber una estrella quiz¨¢s detectar¨¢ un mundo con nubes de agua, como el de Contact; donde se ralentiza el tiempo y el espacio se retuerce, como nos ense?¨® Interstellar, ver¨¢ nubes de gas poco m¨¢s grandes que el Sol cayendo en un agujero negro, quiz¨¢s brillando m¨¢s que un bill¨®n de estrellas; o donde no parec¨ªa haber nada de nada detectar¨¢ galaxias ultra lejanas albergando las primeras estrellas que el universo cre¨®, m¨¢s grandes y fugaces de lo que podemos concebir, quiz¨¢s rodeadas de materia oscura desconocida como la de Dark. M¨¢s all¨¢ de estas previsiones, los astrof¨ªsicos confiamos en que el JWST, esta nueva ventana al vac¨ªo del universo, nos sorprender¨¢ con cosas que nunca hab¨ªamos imaginado y que seguramente ni siquiera nos ser¨¢n f¨¢ciles de comprender. Esperamos lo inesperado, sabemos que la perspectiva de nuestra ignorancia nos abrumar¨¢ a la vez que avanzaremos en nuestro conocimiento del cosmos.

Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez es investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas y del Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de un ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La secci¨®n la integran Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez, investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa; Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiolog¨ªa.

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