Puntos de Lagrange: el hogar del JWST

Estas Navidades todos los astrónomos del planeta volvemos a ser niños. Nuestros ojos brillan y se nos dibuja una sonrisa involuntaria en el gesto. Por fin está ocurriendo aquello en lo que tantos colegas han estado volcados durante 25 años, aquello que tanto llevamos esperando todos. El lanzamiento del James Webb Space Telescope (JWST) es símbolo del esfuerzo común por entender incluso lo que aún no nos preguntamos, por acercarnos al cómo hemos acabado en este pálido punto azul. Nuestra historia, que es la del Universo.

El 25 de diciembre de 2021 todas las miradas estaban clavadas en la base de despegue de la Guayana Francesa. Desde allí, el JWST ha puesto rumbo hacia el espacio desde donde tomará datos, antes inaccesibles, sobre la formación de las primeras galaxias, de las atmosferas exoplanetarias y del ciclo de vida de las estrellas. Para ello, su localización en el espacio es clave. Llegará al conocido como el punto L2 de Lagrange. Acompáñanos para entender qué son los puntos de Lagrange y por qué L2 es un excelente hábitat desde el que hacer ciencia.

Representación gráfica del JWST
Representación gráfica del JWST. Créditos: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutiérrez.

Puntos de Lagrange

En el mundo de la física existen problemas que matemáticamente son imposibles de resolver de manera exacta y uno de ellos es el problema de los tres cuerpos, como puede ser el sistema Sol-Tierra-Luna. Sin embargo, sí que se puede llegar a una solución aproximada asumiendo que el Sol se mantiene fijo y que es mucho más masivo que los otros dos cuerpos restantes. Ninguna locura, ¿verdad? De esta manera pasamos a tener dos cuerpos, Tierra y Luna, que son los que se mueven orbitando al Sol. En un escenario como este encontramos 5 posiciones en equilibrio gravitacional. Es decir, posiciones en las que un cuarto objeto poco masivo no se mueve con respecto a la Tierra. Por ello, si situamos en uno de esos puntos un satélite, girará al rededor del Sol manteniéndose siempre a la misma distancia de nuestro planeta (échale un ojo al gif). Y sí, efectivamente esos 5 lugares privilegiados son los puntos de Lagrange. 

Animación de los puntos de Lagrange
Animación de los puntos de Lagrange. Créditos:  NASA Earth Observatory.

De estos 5 puntos “L”, dos de ellos son posiciones estables, regiones en los que el cuarto objeto puede descansar despreocupadamente (L4 y L5). Pero en los otros tres, cualquier pequeña interacción puede sacarnos de ese equilibrio gravitacional, son, por tanto, equilibrios inestables (L1, L2 y L3). Para entendernos, un ejemplo cotidiano de equilibrio inestable puede ser una moneda de canto, en que cualquier mínimo golpecito o vibración la haría caer sobre una de sus caras. Como la vida nunca es tan bonita como nos gustaría, nuestro James Webb va a encontrarse en un equilibrio del segundo tipo, en el inestable L2. Por este motivo tendrá que ir corrigiendo su posición cada cierto tiempo, ya que por ejemplo los vientos solares estarán continuamente tratando de sacarlo de su órbita en torno a L2. Esta situación pone una fecha de caducidad al telescopio, pues cuando acabe el combustible para realizar las maniobras de corrección no habrá nada que hacer ante las sacudidas que recibirá el telescopio. Además, a diferencia del veterano Hubble Space Telescope (HST) que se encuentra orbitando la Tierra a una distancia relativamente cercana, será imposible visitar al lejano JWST para hacer ningún tipo de reparación. Pero entonces, ¿por qué mandarlo a L2?, ¿hay razones científicas de peso para que merezcan la pena estos inconvenientes?

Representación gráfica de L2, punto de Lagrange en torno al que orbitará el JWST.
Representación gráfica de L2, punto de Lagrange en torno al que orbitará el JWST. En la imagen se muestra parte del Sistema Solar interno, las órbitas de la Luna y del HST para comparar las distancias (notar que no están a escala).

Apostarlo todo a L2

Pese a que L2 es un punto inestable, es necesario llevar al JWST hasta él. El James Webb es un observatorio en sí mismo, incorporando hasta 4 instrumentos distintos para el rango infrarrojo. Al utilizar este rango del espectro electromagnético es imprescindible mantener unas temperaturas heladas, muy cercanas al cero absoluto (alrededor de unos -266 °C). De no ser así, la propia temperatura de la cámara ocultaría los fotones infrarrojos que viajan a través del espacio y que estamos tratando de vislumbrar. Por ello, es vital estar protegidos de cualquier cuerpo brillante y caliente que pueda contaminar las observaciones. L2 es el punto de Lagrange más alejado del Sol y además nos permite que el telescopio permanezca siempre en el lado nocturno de la Tierra. También, el JWST cuenta con un gran parasol que nos dará la espalda, y con un sistema de refrigeración basado en Helio líquido. Todo esto permitirá que esté siempre a la sombra y suficientemente fresquito para garantizar unas condiciones óptimas.

La ciencia en el infrarrojo

Observar en el infrarrojo (IR) no es tarea fácil. Como hemos visto, requiere de unas condiciones en temperatura muy complicadas de mantener. Además, no nos queda más remedio que acudir al espacio para conseguir ciertos datos de nuestro Universo. Nuestra atmósfera nos impide observar longitudes de onda muy largas, puesto que las moléculas que la componen absorben esta radiación haciéndola opaca a la luz en estas energías. La molécula que es especialmente “molesta” para observar el IR desde observatorios terrestres es el agua. Es precisamente por este motivo que observar atmósferas planetarias en este rango de luz es tan interesante. Esperamos que con el JWST podamos detectar la presencia de vapor de agua en las atmósferas de exoplanetas que ya tenemos identificados, así como de otras muchas moléculas indispensables para el desarrollo de la vida. Por otro lado, sabemos que el Universo se expande de manera acelerada, y por ello la luz emitida por las primeras estrellas está enrojecida al llegar a nosotros (para entender esto bien, te aconsejamos leer nuestra entradaEl CMB: la luz más antigua del Universo). La capacidad del James Webb de observar el IR, sumado al hecho de tener un espejo con el diámetro más grande jamás llevado al espacio (6,6 metros), permitirá detectar la tenue y roja luz de las primeras galaxias.

Nos apasiona pensar en todo lo que vamos a aprender mirando a través de los 18 hexágonos dorados que componen el espejo primario del JWST. Tenemos claro qué vamos a empezar a buscar con él en cuanto empiece a estar operativo, pero aún no sabemos las nuevas preguntas que nos va a plantear. El JWST nos ayudará a seguir trazando la historia de nuestro Universo durante la próxima década.

Referencias

¡No olvides suscribirte para conocer las últimas novedades!

¡Haz clic para puntuar esta entrada!
(Votos: 5 Promedio: 5)

Deja una respuesta

Ver más

  • Responsable: Le dijo un Quark al Cosmos.
  • Finalidad:  Moderar los comentarios.
  • Legitimación:  Por consentimiento del interesado.
  • Destinatarios y encargados de tratamiento:  No se ceden o comunican datos a terceros para prestar este servicio. El Titular ha contratado los servicios de alojamiento web a Namecheap que actúa como encargado de tratamiento.
  • Derechos: Acceder, rectificar y suprimir los datos.
  • Información Adicional: Puede consultar la información detallada en la Política de Privacidad.