1. Introducción 

Después de una serie de dificultades técnicas, finalmente el Telescopio Espacial James Webb (JWST) fue lanzado al espacio y de manera exitosa el 25 de diciembre del 2021. Este hecho está comenzando con una nueva era, tal como lo han hecho los telescopios espaciales que le preceden tal como el Hubble, Spitzer, Chandra, XMM-Newton, entre otros. 

Los rasgos distintivos del JWST con una órbita estable y tener avances tecnológicos e instrumentos científicos de última generación tal como las cámaras ultrasensibles en infrarrojo, lo hacen único. Como veremos en las siguientes secciones, con esta tecnología se ha logrado realizar descubrimientos revolucionarios, tal como:

• La detección de agua en exoplanetas 

• Las observaciones de las estrellas y galaxias más antiguas, 

• Replantear el modelo clásico de los AGN. 

2. La órbita

El telescopio JWST se encuentra orbitando a una distancia de 1.5 millones de kilómetros de la Tierra, casi 4 veces más lejos que la Luna, ver Figura 1. El JWST se encuentra en una parte del espacio que es estratégica, ya que no orbita directamente a la Tierra, tal  como lo hace el Telescopio Hubble. Más bien el JWST órbita una región del espacio llamado Punto de Lagrange 2 (L2), tal como se ve en la Figura 2. 

Los 5 puntos de Lagrange fueron predichos matemáticamente por Leonard Euler y posteriormente Joseph Lagrange en el siglo 18, como puntos estables y como una curiosidad de la matemática (Oltra, s. f.). Después de confirmarlo físicamente como  lugares en equilibrio y donde los telescopios gastan muy poca energía al estar estacionados gravitacionalmente,  con un periodo orbital igual al de la Tierra, ha resultado una buena técnica colocar los telescopios en estos espacios. 

Pero que lo mantienen en órbita estable? Para un sistema de 2 cuerpos masivos, en este caso, el Sol y la Tierra, la gravedad de cada uno es contrarrestada a una distancia dada y estas se igualan en el punto L1, recordando que la gravedad depende inversamente del cuadrado de la distancia.  Para el caso del L2, el telescopio se encuentra en equilibrio al sumar la fuerza de atracción del Sol y la Tierra, las fuerzas en este caso se suman, pero la inercia del telescopio lo mantiene en equilibrio sobre la misma línea imaginaria Sol-Tierra.

3. El Telescopio Espacial James Webb

3.1 Diseño y tecnología: 

El JWST es una maravilla de la ingeniería. Su espejo primario está compuesto por 18 segmentos hexagonales de berilio recubiertos de oro, que se despliegan como un origami en el espacio para formar una superficie de 6,5 metros de diámetro. Este espejo gigante, junto con un parasol de cinco capas del tamaño de una cancha de tenis y con una peso de aproximadamente 1 trailer vacío. Este enorme telescopio hace posible recolectar radiación del universo en el espectro infrarrojo. En la Figura 3 se observa el despliegue de los espejos y en la parte de abajo los científicos que lo construyen. 

Figura 3: Cuenta con un espejo compuesto por 18 segmentos hexagonales que, combinados, crean un espejo de un diámetro de 6.5 metros. Obtenido en: https://www.gaceta.unam.mx/el-telescopio-james-webb-contribuira-a-la-historia-del-universo/ 

3.2. Instrumentos científicos y las ventajas del infrarrojo 

La luz infrarroja es invisible para el ojo humano, pero tiene la capacidad de penetrar el polvo y el gas que oscurecen el universo visible. Esto permite al JWST observar objetos que son demasiado tenues o están demasiado lejos para ser vistos por el Hubble. Además, la luz infrarroja puede revelar información sobre la composición química de los objetos celestes, como la presencia de agua y otros elementos. 

El JWST está equipado con cuatro instrumentos científicos de última generación: 

• NIRCam: Cámara infrarroja cercana que captura imágenes de alta resolución. 

• NIRSpec: Espectrógrafo infrarrojo cercano que analiza la composición química de los objetos. MIRI: Cámara e instrumento de imágenes infrarrojas de media resolución. 

• FGS/NIRISS: Guía de campo fino y sensor de imágenes sincrónico de infrarrojo cercano que proporciona estabilidad y precisión a las observaciones. 

4. Descubrimientos revolucionarios de JWST: 

En poco tiempo, el JWST ya ha realizado una serie de descubrimientos importantes: 

4.1 Detecta vapor de agua.

El 24 de julio del 2023 se dió la noticia de que JWST, cámara NIRCam, descubrió  vapor de agua en el disco interno del sistema PDS 70 (ver Figura 4), localizado a una distancia de 370 años-luz. De acuerdo a las observaciones milimétricas, el sistema PDS 70 tiene dos discos protoplanetarios, uno interno y otro externo los cuales están divididos debido a la formación de posiblemente un planeta gaseoso tipo Júpiter. En el disco interno, en el cual tiene una región donde los planetas tipo Tierra podrán formarse y donde se encontraron líneas espectrales pertenecientes al vapor de agua (Betz & Pulliam, 2023). 

4.2 La galaxia más lejana

En mayo del 2024, hasta el momento se dió a conocer la noticia de la observación del JWST, cámara NIRCam, de la primera galaxia más lejana en la constelación de Fornax llamada JADES-GS-z14-0,  la cual se formó  en el universo después del Big Bang, con un corrimiento al rojo de 14, alrededor de 13,500 millones de años luz (ver Figura 5). Este descubrimiento fue hecho a partir de analizar las líneas espectrales Lyman-alfa que están corridas al rojo debido a la expansión del Universo. Unos meses antes, el mismo equipo dió la noticia de otras galaxias lejanas, pero no tanto como JADES-GS-z14-0 (Galaxy JADES-GS-z14-0 Spectrum (NIRSpec) | Webb, s. f.). Otro sorprendente descubrimiento es encontrar en el espectro emisión de líneas de oxígeno, lo cual requiere del procesamiento de las estrellas, lo cual plantea la existencia de estrellas de mayores generaciones y evolucionadas.   Esto  nos ayudará a comprender mejor su origen y evolución del Universo para saber de la Energía oscura. 

4.3 Agujeros Negros Supermasivos

En julio del 2023 se dió la noticia del descubrimiento del mas distante Agujero Negro Super Masivo (SMBH) en la galaxia ​​CEERS 1019, el cual fue hecho con la cámara NIRCam del JWST. Esta galaxia se encuentra  a 13,100 millones de años luz.  (ver Figura 6). (Webb Detects Most Distant Active Supermassive Black Hole to Date - NASA, s. f.).

A partir del análisis de datos del espectro infrarrojo, usando modelos teóricos que tratan de ajustar lo mejor posible a los datos,  se encontró la existencia del SMBH con una masa estimada de 9 millones de masas solares (ver Figura 7).

4.4 Fusión de las dos galaxias más lejanas

En mayo del 2024 se dió la noticia del descubrimiento, usando la cámara NIRCam del JWST,  de la fusión de galaxias más distante a la fecha. Se tiene el espectro infrarojo que hace evidentemente el rápido movimiento del gas alrededor de los agujeros negros, así como el gas altamente ionizado por la acreción. Este sistema de galaxias es conocido como ZS7 (ver Figura 8), con un corrimiento al rojo alrededor de 7.15 o  a una distancia de 11,500 millones de años . Se estima que la masa de los agujeros negros es de alrededor 50 millones de masas solares (Webb Detects Most Distant Black Hole Merger to Date, s. f.).

 4.5 Planetas binarios

En enero del 2024 se dió la confirmación de la existencia de planetas binarios del tamaño de Júpiter sin estar asociados a una estrella, es decir, flotando libremente por el espacio como vagabundos. Este descubrimiento fue hecho en la Nebulosa de Orión, en la región de la espada a una distancia de 1,400 años luz. Las observaciones hechas y los análisis de los espectros confirman la existencia de vapor de agua y que son jóvenes, de masa muy similar a los planetas (Free-Floating Planets Confirmed - NASA Science, s. f.). Esta noticia generó muchas controversias en la comunidad científica, pero al final de cuentas, la ciencia es un debate de ideas y modelos, los más simples y elegantes para explicar al Universo. Desde 1971, Allen,  Poveda, et al, analizaron las estrellas desbocadas basados en la hipótesis de eyección en el momento de su formación en cúmulo de estrellas, aunque no la predicción de pares binarios de objetos.   

5. Futuro prometedor: 

El JWST tiene una vida útil estimada de 10 años, con la posibilidad de extenderse hasta 20 años, tal como ha sucedido con el telescopio Hubble que tiene más de 20 años operando. Durante este tiempo, se esperan grandes sorpresas, nuevos descubrimientos revolucionarios que cambiarán nuestra visión del universo. Las futuras generaciones de científicos y alumnos tendrán la oportunidad de seguir investigando el funcionamiento de la naturaleza en el espacio exterior.  Si te interesa más acerca de este tema, la ENES Morelia de la UNAM tiene la Licenciatura en Geociencias con el área de profundización Ciencias Espaciales en la cual aprenderás de este tema y mucho más.  

6. Referencias 

Betz, L., & Pulliam, C. (2023, julio 24). Webb Detects Water Vapor in Rocky Planet-Forming Zone—NASA. https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/goddard/webb-detects-water-vapor-in-rocky-planet-forming-zone/7 Referencias 

Free-Floating Planets Confirmed—NASA Science. (s. f.). Recuperado 26 de julio de 2024, de https://science.nasa.gov/universe/exoplanets/free-floating-planets-confirmed/

Galaxy JADES-GS-z14-0 Spectrum (NIRSpec) | Webb. (s. f.). Recuperado 26 de julio de 2024, de https://webbtelescope.org/contents/media/images/01HZ0AGNJ96R1GSR956QYMFCRE?gsid=1e5f33a9-6098-4f1c-9fdc-39fc78e18c8b

Oltra, J. L. (s. f.). ¿Qué son los puntos de Lagrange (y por qué James Webb ocupa uno de ellos)? Recuperado 26 de julio de 2024, de https://www.muyinteresante.com/ciencia/23543.html

Webb Detects Most Distant Active Supermassive Black Hole to Date—NASA. (s. f.). Recuperado 26 de julio de 2024, de https://www.nasa.gov/universe/webb-detects-most-distant-active-supermassive-black-hole-to-date/

Webb detects most distant black hole merger to date. (s. f.). Recuperado 26 de julio de 2024, de https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Webb/Webb_detects_most_distant_black_hole_merger_to_date