Una ilustración de la nave espacial SPHEREx con estructuras cósmicas de fondo. La forma de «cono» de la nave está dividida por la mitad para que se pueda ver su interior.(Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech)
A finales de febrero, si todo va según lo previsto, un nuevo personaje entrará en la epopeya de los telescopios espaciales de la NASA. Se trata de una sonda cónica de color blanco cáscara de huevo llamada SPHEREx, que (prepárense para un trabalenguas) significa Espectrofotómetro para la Historia del Universo, Época de Reionización y Explorador de Hielos. Y, como funciona con luz infrarroja, SPHEREx está destinada a revelar cosas que ni siquiera el pionero telescopio espacial James Webb puede revelar.
«Tomar una instantánea con el JWST es como fotografiar a una persona», declaró a la prensa el 31 de enero Shawn Domagal-Goldman, director en funciones de la División de Astrofísica de la sede central de la NASA. «Lo que SPHEREx y otras misiones de sondeo pueden hacer es casi como entrar en modo panorámico, cuando quieres captar un gran grupo de personas y las cosas que hay detrás o a su alrededor».
El lanzamiento está previsto para el 27 de febrero a bordo de un cohete Falcon 9 de SpaceX, y SPHEREx no será la única carga útil. Como parte del Programa de Servicios de Lanzamiento de la NASA, que conecta las misiones espaciales con los vehículos de lanzamiento comerciales adecuados, SPHEREx compartirá su viaje con la misión PUNCH (Polarímetro para Unificar la Corona y la Heliosfera) de la agencia, una constelación de cuatro pequeños satélites destinados a estudiar el sol. El dúo despegará del Complejo de Lanzamiento 4E de la Base Espacial Vandenberg, en California Central.
«Este es el tercer lanzamiento de este booster reutilizable, que ya voló anteriormente en la misión Transporter 12 el 14 de enero», dijo César Marín, ingeniero de integración de SPHEREx para el Programa de Servicios de Lanzamiento en el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida, durante la sesión informativa, refiriéndose a la primera etapa del Falcon 9. «El booster aplicará su fenomenal capacidad de regresar una vez más para aterrizar en la zona cuatro de la Base Espacial Vandenberg unos ocho minutos después del lanzamiento».
La promesa de SPHEREx
Durante dos años -a menos que la NASA decida prolongar la misión- SPHEREx cartografiará el universo mientras detecta dos tipos de luz cósmica: óptica e infrarroja.
La luz óptica es visible para el ojo humano, y es la especialidad de muchos telescopios, incluido el telescopio espacial Hubble, mientras que la luz infrarroja es invisible para nosotros y es más parecida a una firma de calor. El infrarrojo es la especialidad del telescopio espacial James Webb y, de hecho, es la razón por la que el JWST ha sido tan emblemático a la hora de mostrarnos cosas del universo que han permanecido ocultas durante tanto tiempo. Es la luz infrarroja del universo la que posee información sobre los confines del espacio, las estrellas que nacen entre mantos de polvo y los detalles de las estructuras galácticas que están mostrando a los científicos el equivalente cósmico de los nuevos colores.
Es cierto que ha habido otros ojos infrarrojos en el cielo, como el ya retirado telescopio Spitzer, e incluso el Hubble tiene algunas capacidades en este campo, pero ninguno está a la altura del JWST.
SPHEREx podría, sin embargo (en cierto modo).
Para ser justos, SPHEREx no rivalizará con la capacidad del JWST para observar regiones muy localizadas del universo que están confinadas a la sección infrarroja del espectro electromagnético. Sin embargo, a diferencia del JWST, se trata de un estudio que abarca todo el cielo. Mientras que el JWST, con un coste de 10.000 millones de dólares, es excelente para observar nebulosas específicas y campos profundos relativamente estrechos pero de enormes dimensiones, SPHEREx pretende obtener imágenes de todo el cielo visto desde la Tierra.
«Estamos cartografiando literalmente todo el cielo celeste en 102 colores infrarrojos por primera vez en la historia de la humanidad, y lo veremos cada seis meses», declaró Nicky Fox, administrador asociado de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA. «Esto no se ha hecho antes con este nivel de resolución de color para nuestros antiguos mapas del cielo».
El espectro electromagnético con los alcances del Hubble y el JWST. (Crédito de la imagen: NASA, J. Olmsted (STScI))
«En términos de misiones de sondeo de todo el cielo», dijo durante la sesión informativa Jamie Bock, investigador principal de SPHEREx en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena, «por lo general, éstas se han realizado en fotometría, observando el cielo en bandas anchas y puñados de bandas anchas – no este espectro completo.»
Los objetivos de SPHEREx
¿Qué es lo que buscará SPHEREx? Bueno, teniendo en cuenta que el telescopio espacial cartografiará prácticamente todo el cielo desde su órbita sincrónica especial entre el amanecer y el anochecer, que lo mantiene lo suficientemente frío como para estudiar las emisiones infrarrojas, la lista es interminable.
Sin embargo, por citar algunos objetivos, los científicos desean conocer montones de galaxias en distintos momentos de su historia para mejorar nuestro conocimiento de la evolución galáctica, y quieren asomarse al espacio vacío entre estrellas para ver si hay algún orgánico helado flotando por ahí para rastrear cómo pudo empezar la vida en la Tierra.
«Demos las gracias a nuestro equipo de OSIRIS-REx en la División Planetaria», dijo Domagal-Goldman. «Ellos recogen esa historia y luego cuentan cómo atraviesa en nuestro sistema solar a planetas como nuestro hogar».
Los científicos también esperan captar imágenes tridimensionales de cientos de millones de galaxias para comprender mejor la inflación cósmica, la teoría según la cual, instantes después de su nacimiento, el universo experimentó una expansión alucinante. Fue como si un globo se inflara de repente.
«Literalmente, una billonésima de billonésima de billonésima de segundo después del Big Bang, el universo observable experimentó una expansión extraordinaria», afirmó Bock, «se expandió un billón de billones de veces, y esa expansión amplió fluctuaciones diminutas, más pequeñas que un átomo, hasta las enormes escalas cosmológicas que vemos hoy en día.»
«Aún no sabemos qué impulsó la inflación ni por qué se produjo», afirmó.
Este gráfico muestra una línea temporal del universo basada en la teoría del Big Bang y los modelos de inflación. (Crédito de la imagen: NASA/WMAP)Por lo general, las distintas misiones espaciales se benefician mutuamente, pero en este caso la colaboración es especialmente importante. Obviamente, dado que el JWST es tan experto en imágenes infrarrojas, será tremendamente útil para SPHEREx presentar a los científicos del JWST un mapa infrarrojo de todo el cielo para que sepan en qué áreas concentrarse. Y, como ya se ha mencionado, la misión de muestreo de asteroides OSIRIS-REx (ahora conocida como OSIRIS-APEX por su nuevo objetivo asteroide, el notorio Apofis) también está tratando de unir los puntos en lo que respecta a los orgánicos dispersos por el espacio.
También veremos la primera luz de un gran telescopio terrestre, el Observatorio Vera Rubin, a finales de este año, si todo va según lo previsto. Rubin también cartografiará secciones gigantescas del cielo, aunque en longitudes de onda diferentes, pero eso sólo significa otro filtro de observaciones que añadir a los mapas de SPHEREx.
«Ningún instrumento, ningún instrumento, ninguna misión puede contarnos la historia completa del cosmos», afirma Domagal-Goldman. «Esas respuestas a las grandes preguntas como esa, provienen del poder de las observaciones combinadas de observatorios combinados».
SPHEREx logística
«SPHEREx es un testimonio de cómo hacer gran ciencia con un telescopio pequeño», dijo durante la sesión informativa Beth Fabinsky, subdirectora del proyecto SPHEREx en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California.
Según el equipo, SPHEREx cuesta unos 488 millones de dólares (sin contar algunos gastos futuros), lo cual parece mucho, pero es bastante modesto en comparación con el precio de las misiones espaciales. Esto es especialmente cierto si se tiene en cuenta lo que SPHEREx podría ofrecer en última instancia a nuestros libros de texto científicos.
Dentro de este presupuesto, la nave espacial también se elaboró meticulosamente, prestando atención a varios aspectos clave de su estructura.
«Pesa unos 1.100 kilos, es decir, un poco menos que un piano de cola, y consume entre 270 y 300 vatios de energía, menos que un frigorífico», explica Fabinsky. «Produce más energía de la que necesita utilizando una gruesa matriz solar, muy parecida a la que podrías tener en el tejado de tu casa».
Pero la preocupación más acuciante cuando se trata de imágenes infrarrojas es que el instrumento que las realiza no puede estar expuesto al calor porque eso interfiere en los datos. «Si están demasiado calientes, quedarán cegados por su propio resplandor cálido», explica Fabinsky. Pero, por desgracia, en el espacio se encuentra uno de los objetos más calientes a los que puede exponerse una nave espacial: el sol.
SPHEREx durante su construcción y pruebas. (Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech)
Por eso se eligió la órbita específica de SPHEREx para mantenerlo alejado de la luz solar, como se ha comentado brevemente; esto también fue una parte importante de la construcción y colocación del telescopio espacial James Webb. El JWST también se encuentra en un lugar diseñado para protegerlo del calor del sol en todo momento, conocido como Punto de Lagrange 2.
«Tenemos tres escudos de fotones concéntricos en forma de cono», dijo Fabinsky, explicando más sobre cómo el equipo planea mantener SPHEREx a temperaturas apropiadamente frígidas. «Protegen el instrumento encerrado en el centro de la luz solar y de los rayos de la Tierra, junto con tres placas curvadas en la parte inferior de la carga útil denominadas radiador del grupo V. Ayudan a irradiar el calor fuera de la nave espacial caliente debajo de la carga útil».
Una vez que SPHEREx esté a salvo en el espacio, completamente desplegado y arrancado correctamente, el equipo comenzará el esfuerzo para llevar a cabo el primer estudio del cielo de la misión, que durará seis meses. «La principal forma de publicación de datos es que sacamos lo que llamamos imágenes espectrales calibradas, y esas llegan a los dos meses de la observación», dijo Bock, aunque hizo hincapié en que hay un logro específico en el que se ha fijado con láser para el futuro inmediato:
«Tengo que decir que el momento que más espero es cuando abramos la tapa del telescopio y tomemos nuestra primera imagen: eso nos dirá que todo funciona como esperamos».
