Historia de dos telescopios: WFIRST y Hubble

El Telescopio de Sondeo Infrarrojo de Campo Amplio (WFIRST por sus siglas en inglés) de la NASA, cuyo lanzamiento está previsto para mediados de la década de 2020, creará enormes panorámicas cósmicas. Usándolas, los astrónomos explorarán todo, desde nuestro sistema solar hasta el borde del universo observable, incluyendo planetas por toda nuestra galaxia y la naturaleza de la energía oscura.

Aunque a menudo se le compara con el Telescopio Espacial Hubble, que cumplió 30 años la semana pasada, el WFIRST estudiará el cosmos de una manera única y complementaria.

"El WFIRST impulsará un progreso científico increíble en un amplio rango temático, desde poblaciones estelares y planetas distantes hasta energía oscura y estructura de las galaxias", explicó Ken Carpenter, científico del proyecto de sistemas terrestres del WFIRST y del proyecto de operaciones Hubble en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "El Hubble contribuyó enormemente a nuestra comprensión en estos campos, pero el WFIRST nos llevará adelante al estudiar muchos más objetos en el cielo".

Treinta años después de su lanzamiento, el Hubble continúa proveyendo imágenes impresionantes y detalladas del universo. Cuando el WFIRST abra sus ojos al universo, aportará imágenes mucho más grandes con la misma resolución infrarroja nítida del Hubble.

El Hubble nutre nuestra visión del universo de formas que el WFIRST no puede, al usar el rango ultravioleta que captura detalles en alta resolución, y proporcionar características más especializadas para el estudio en profundidad de la luz emitida por objetos individuales.

El WFIRST brinda una capacidad general para cubrir amplias áreas en longitudes de onda visible e infrarrojo.

Cada imagen del WFIRST capturará un sector del cielo más grande que el tamaño aparente de una luna llena. Las exposiciones más amplias del Hubble, tomadas con su Cámara Avanzada de Reconocimiento, son casi 100 veces más pequeñas. Durante los primeros cinco años de operaciones, el WFIRST fotografiará 50 veces más cielo que el Hubble en sus 30 años.

Dado que la calidad será la misma, el WFIRST funcionará como una flota de 100 Hubbles operando en sincronía. Su amplio campo de visión permitirá al WFIRST realizar barridos cósmicos que le tomarían al Hubble cientos de años. Los científicos aprovecharán esta capacidad para estudiar algunos de los misterios más acuciantes del universo, incluyendo la energía oscura: una extraña fuerza que acelera la expansión del universo.

El Hubble jugó un papel clave en el descubrimiento de la energía oscura. En 1998, los astrónomos midieron la rapidez con que el universo se expande utilizando telescopios terrestres para estudiar la explosión de estrellas relativamente cercanas, llamadas supernovas. Hicieron el sorprendente descubrimiento de que la expansión del universo se está acelerando. Los astrónomos que usaron el Hubble confirmaron este resultado estudiando supernovas durante un período más largo. Los datos demostraron que aunque la expansión del universo se desaceleró como se anticipaba durante la mayor parte de la historia cósmica, comenzó a acelerarse hace unos pocos miles de millones de años.

Los científicos determinaron que lo que sea que cause esta aceleración actualmente representa alrededor del 68% del total de materia y energía en el universo, pero hasta ahora no sabemos más al respecto. Descubrir la naturaleza y rol de la energía oscura será uno de los objetivos principales del WFIRST. Los científicos conducirán tres investigaciones para estudiar el rompecabezas de la energía oscura desde diferentes ángulos, incluyendo el estudio de un tipo específico de supernova, basado en las observaciones que llevaron al descubrimiento de la energía oscura. Las dos investigaciones de áreas vastas estimarán las formas de cientos de millones de galaxias y encontrarán las distancias a decenas de millones de ellas. Esto convertirá las imágenes de campo amplio del WFIRST en mapas 3D que midan la expansión del universo y el crecimiento de las galaxias.

El WFIRST nos ayudará a entender cómo la energía oscura ha afectado la expansión del universo en el pasado, lo que arrojará luz sobre cómo puede influir en el futuro del cosmos.

Un nuevo conjunto de ojos en el universo

Mientras que el Hubble ve el cosmos en luz infrarroja, visible y ultravioleta, el WFIRST será calibrado para ver en un rango ligeramente más amplio de luz infrarroja que el Hubble. La detección de más rangos del espectro de luz permite al Hubble crear una imagen más completa de muchos procesos ocurriendo en objetos individuales en el cosmos. En cambio, el WFIRST está diseñado para expandir específicamente las observaciones infrarrojas del Hubble, es así, porque realizar estudios extensos del universo en infrarrojo nos permitirá ver un gran número de objetos cósmicos y procesos más sutiles en regiones del espacio que de otra manera serían difíciles o imposibles de ver.

El WFIRST ayudará a desentrañar los misterios que rodean la energía oscura y la evolución de las galaxias al mirar a través de enormes extensiones del universo, incluso más lejos de lo que el Hubble es capaz de ver. Estos estudios requieren precisión en la observación en infrarrojo, es así porque a medida que la luz viaja a través de las vastas distancias astronómicas ―debido a la expansión del universo―, cambia a longitudes de onda más largas, desde el ultravioleta y el visible hacia el infrarrojo.

Las capacidades infrarrojas del WFIRST también proporcionarán una nueva visión de los objetos más cercanos a casa. El corazón de la Vía Láctea, nuestra galaxia, está densamente poblado de objetos interesantes pero cubiertos en polvo, que los oscurece en luz visible. Como telescopio infrarrojo, el WFIRST básicamente utiliza gafas de visión térmica para mirar a través del polvo, brindando una visión renovada del funcionamiento interno de la galaxia.

Estas observaciones permitirán a los astrónomos estudiar la evolución estelar ―los nacimientos, vidas y muertes de las estrellas. El WFIRST también ampliará nuestro inventario de exoplanetas ―planetas fuera de nuestro sistema solar― revelando miles de mundos que los astrónomos esperan sean muy diferentes de la mayoría de los 4.100 conocidos hasta ahora. La mayoría de los exoplanetas conocidos están bien sea muy cerca de sus estrellas anfitrionas, o son grandes planetas orbitando a lo lejos. El Hubble ha observado algunos de estos planetas directamente usando coronógrafos, que bloquean el resplandor de la estrella. El WFIRST mejorará está tecnología para hacer un coronógrafo activo que sea más eficiente en la supresión de luz estelar, un anticipo de la tecnología que, cuando esté más desarrollada, permitirá a los futuros telescopios espaciales obtener imágenes de exoplanetas del tamaño de la Tierra.

Apuntado a rarezas cósmicas

Los científicos también utilizarán la capacidad del WFIRST para descifrar algunos de los objetos más extremos del universo, incluyendo los cuásares ―galaxias activas con centros súper brillantes. Establecer sus ubicaciones precisas permitirá al Hubble y otros telescopios hacer seguimiento para obtener observaciones más detalladas. Estas investigaciones permitirán a los astrónomos reconstruir la historia del desarrollo de las galaxias y la evolución del universo.

Para hacer posible estas investigaciones, el WFIRST operará mucho más lejos de la Tierra que el Hubble. Mientras que el Hubble orbita alrededor de 340 millas sobre nosotros, el WFIRST estará ubicado a unas 930.000 millas (1,5 millones de km) de la Tierra en dirección opuesta al Sol. En este punto especial del espacio, denominado segundo punto Lagrange Sol-Tierra o L2, las fuerzas gravitacionales del Sol y la Tierra se equilibran para mantener la nave en una órbita relativamente estable.

Cerca del L2, el WFIRST orbitará el Sol en sincronía con la Tierra, usando un escudo solar para bloquear la luz y mantener la nave fría. Puesto que la luz infrarroja es radiación de calor, si el WFIRST se calienta por la radiación de la Tierra, el Sol o incluso sus propios instrumentos, sobrecargará los sensores de infrarrojo. Desde este punto de observación, el WFIRST podrá ver grandes franjas de cielo sin problemas durante largos períodos.

Tapices enormes

Para capturar tanta luz como sea posible, los telescopios necesitan grandes espejos primarios. Dado que el WFIRST y el Hubble tienen un espejo primario que mide 2,4 metros (7,9 pies) de ancho, recaban la misma cantidad de luz. Gracias a los avances tecnológicos, aunque son del mismo tamaño, el espejo del WFIRST pesa sólo la cuarta parte del Hubble.

Las similitudes con el Hubble en recopilación de luz, resolución y superposición de capacidades infrarrojas, sirve de guía para establecer expectativas con el WFIRST. Por ejemplo, el Hubble construyó una imagen panorámica de nuestra galaxia vecina, Andrómeda; como parte del programa Tesoro Pancromático Hubble de Andrómeda (PHAT por sus siglas en inglés). Los científicos compilaron la imagen PHAT a partir de 7.398 fotos tomadas a lo largo de tres años. El WFIRST podría replicar la imagen PHAT mil veces más rápido.

Este tipo de observaciones revelará cómo las estrellas cambian con el tiempo e influyen en la galaxia en que residen.

Al igual que el Hubble, el WFIRST también ofrecerá un programa para Observadores Generales que apoyará a la comunidad astronómica, permitiendo a otros científicos aprovechar las capacidades únicas de la misión mediante la propuesta de observaciones nuevas seleccionadas por competencia. Al igual que con el Hubble, la búsqueda de investigaciones ni siquiera contempladas antes del lanzamiento probablemente se convertirá en el legado principal de la misión WFIRST. Toda la colección de datos del WFIRST estará disponible públicamente a los pocos días de ser tomada ―será la primera vez para una misión insignia en la división de astrofísica de la NASA. El WFIRST contará con un sólido programa de investigación de archivos que permitirá a los científicos aprovechar al máximo estos extensos conjuntos de datos.

El WFIRST se beneficia de 30 años previos de grandes avances tecnológicos, sin embargo, el Hubble continuará transformando nuestra comprensión del universo. En los próximos años, las amplias observaciones infrarrojas del WFIRST develarán objetivos interesantes para el seguimiento de otras misiones. El Hubble puede observar objetivos en otras dos longitudes de onda de luz y proporcionará la única visión en alta resolución del universo ultravioleta. El Telescopio Espacial James Webb puede hacer observaciones detalladas que van aún más lejos en el infrarrojo gracias a su “lente” de acercamiento de alta resolución. Los hallazgos combinados del WFIRST con los del Hubble y Webb revolucionarán nuestra comprensión de muchas inquietudes cósmicas.

"Los estudios de WFIRST no requieren conocimiento exacto de dónde y cuándo buscar para hacer descubrimientos emocionantes, no estaremos limitados a observar bajo una farola cósmica", explicó Julie Mcenery del Centro Goddard, científica adjunta del proyecto WFIRST. "La misión encenderá los reflectores para que podamos explorar el universo de forma única y novedosa”.

El WFIRST es administrado por el Centro Goddard, con la participación del Laboratorio de Retropropulsión de la NASA y Caltech/IPAC en Pasadena, el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore y un equipo compuesto por científicos de centros de investigación de todo los Estados Unidos.

Escrito por Ashley Balzer
Versión en inglés