19 May Segundo año de ciencia del James Webb

Enanas blancas, exoplanetas del tamaño de la Tierra, primeras galaxias e incluso la luna de Saturno, Encelado, están en la agenda del segundo año de ciencia del James Webb en el espacio, pero exolunas y otros se quedan fuera.

¿Hacia dónde apunta el telescopio espacial más potente del mundo?. No es una pregunta fácil: El Telescopio Espacial James Webb (JWST), lanzado en diciembre de 2021, ha asombrado a los astrónomos desde que comenzó a enviar sus primeros datos científicos en julio de 2022.

El JWST ha visto galaxias asombrosamente cercanas al amanecer de los tiempos, ha sondeado las atmósferas de exoplanetas con un detalle sin precedentes y ha proporcionado impresionantes imágenes de mundos de nuestro sistema solar.

Una competencia feroz

Sin embargo, el trabajo del JWT no ha hecho más que empezar: La semana pasada, el 10 de mayo, los astrónomos supieron si sus propuestas para el segundo año de ciencia del James Webb fueron o no aprobadas.

La competencia fue feroz y, si bien hubo muchos ganadores con proyectos científicos increíbles, hubo muchos más que se perdieron el «Ciclo 2» del JWST, que comienza el próximo mes.

“Hubo una respuesta extraordinaria de la comunidad científica”, dijo Nancy Levenson, directora interina del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Maryland, que dirige JWST.

En total, los astrónomos presentaron alrededor de 1.600 propuestas a STScI para observar el tiempo en el JWST dirigido por la NASA.

Pero solo se seleccionaron 249, lo que significa que el JWST tiene una «demanda excesiva» de casi 7 a 1, similar a la del telescopio espacial Hubble.

Para minimizar la posibilidad de sesgo, el proceso de selección de los programas del JWST es completamente anónimo, con cientos de astrónomos de múltiples campos involucrados en el proceso.

Ganadores y perdedores

Hubo claros ganadores y perdedores: Algunos astrónomos, como Nathan Adams, de la Universidad de Manchester, Inglaterra, presentaron múltiples propuestas que fueron rechazadas.

“Presentamos cuatro propuestas, y ninguna de ellas obtuvo tiempo de observación”, dijo Adams. «Obviamente, estamos un poco decepcionados».

Otros, como Mary Anne Limbach de la Universidad Texas A&M, tuvieron mucho más éxito: Limbach consiguió la aprobación de tres propuestas. “Estamos emocionados por el tiempo de observación que tenemos”, dijo.

Planetas de Enanas Blancas

Las propuestas de Limbach se centran en las enanas blancas, los núcleos remanentes del tamaño de la Tierra que quedan después de que estrellas como nuestro sol se hinchen al expulsar sus capas exteriores, formando gigantes rojas.

Después de este espectacular evento cósmico, se cree que estos cadáveres estelares aún pueden albergar planetas intactos, lo que podría ofrecernos la oportunidad de estudiarlos y aprender más sobre el probable destino de la Tierra dentro de cinco mil millones de años, cuando nuestro sol entre en su fase de gigante roja.

Limbach intentará confirmar la existencia de dos presuntos planetas alrededor de enanas blancas, pero también buscará hasta media docena más en otras partes del cielo.

«El JWST puede comprobar si alguna de estas enanas blancas cercanas es más brillante de lo que debería ser«, dijo. “Si es así, esto podría ser un indicador de que la enana blanca alberga un planeta: El JWST es realmente el único observatorio capaz de confirmarlos”.

Galaxias primigenias

Un área dominante del Ciclo 1 del JWST, que tenía alrededor de 1.200 propuestas, fue la búsqueda de las primeras galaxias conocidas en el Universo, que se formaron solo unos cientos de millones de años después del Big Bang.

Lo mismo ocurre con el Ciclo 2, el segundo año de ciencia del James Webb, en el que tanto las galaxias como los exoplanetas obtienen la mayor cantidad de tiempo de telescopio.

Una propuesta aceptada de Daniel Eisenstein, de la Universidad de Harvard, espera llevar al JWST a sus límites al buscar galaxias de hasta 200 millones de años después del Big Bang.

Las distancias a galaxias lejanas se miden con el corrimiento al rojo: el grado en que la longitud de onda de la luz que vemos de una galaxia,se ha desplazado hacia el extremo rojo del espectro debido a la expansión del Universo.

Eisenstein buscará galaxias más allá del corrimiento al rojo 15, más lejos que cualquier otra vista de manera concluyente. «Todavía no tenemos un caso convincente de una galaxia más allá del corrimiento al rojo 15», dijo. “Es realmente emocionante poder continuar la búsqueda que comenzó este primer año”.

Estrellas de población III

Rohan Naidu, del Instituto Tecnológico de Massachusetts, también explorará el universo distante, pero no en busca de las galaxias con mayor corrimiento al rojo.

En cambio, su programa, que codirige con Jorryt Matthee del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich (ETH Zúrich), utilizará un cúmulo gigante de galaxias llamado Abell 2744 como lente gravitatoria, para magnificar la luz de algunos objetos más pequeños hasta 750 millones de años después del Big Bang.

El objetivo es buscar grupos de gas primordial, que podrían contener grupos de estrellas de Población III, la primera generación estelar que se cree que iluminó el universo.

Estos objetos, teorizados durante mucho tiempo, aún no se han visto directamente, pero se espera que estén compuestos casi en su totalidad por hidrógeno puro y helio, por lo que deberían ser enormes, cada uno con una masa cientos de veces la de nuestro sol.

“Realmente estamos llevando al JWST al límite”, dijo Naidu. «Sondearemos algunas regiones muy prometedoras que podrían albergar estos grupos de estrellas de Poblacion III».

Atmósferas exoplanetarias

Un objetivo clave de interés para el Ciclo 1 del JWST fue el sistema TRAPPIST-1, un conjunto de siete mundos del tamaño de la Tierra, algunos de los cuales podrían ser habitables, alrededor de una estrella enana roja a unos 40 años luz de la Tierra.

Si bien se seleccionaron tres programas TRAPPIST-1 en el Ciclo 1, en este segundo año de ciencia del James Webb solo se ha seleccionado uno: El programa dirigido por Michaël Gillon de la Universidad de Lieja en Bélgica.

Gillon buscará atmósferas en TRAPPIST-1b y c, los dos planetas más internos del sistema: Los primeros estudios de TRAPPIST-1b sugieren que no tiene atmósfera, pero Gillon dice que su técnica, que mide la diferencia de temperatura entre el lado diurno y el lado nocturno del planeta, nos lo dirá con seguridad.

Esto podría tener implicaciones importantes para los otros mundos más templados de TRAPPIST-1, que posiblemente podrían albergar vida: “Si podemos demostrar que uno de estos dos planetas tiene atmósfera, estaremos en una muy buena posición para solicitar un programa ambicioso con el JWST para profundizar en los otros planetas”, dijo.

Química en los océanos de Encelado

Christopher Glein, del Southwest Research Institute (SWRI) en Texas, usará el JWST para sondear la luna Encelado de Saturno, que puede albergar un océano habitable debajo de su superficie helada.

Las observaciones de la nave espacial Cassini de la NASA, que orbitó Saturno de 2004 a 2017, mostraron que en el polo sur de Encelado se produce ocasionalmente un chorro de agua eyectada procedente de este océano.

Si bien ninguna nave espacial orbita Saturno en la actualidad, el JWST es la siguiente mejor opción: sorprendentemente, será capaz de buscar evidencia de «química oceánica» en la superficie de Encelado, dijo Glein.

Incluso será sensible a ciertas sustancias, como el amoníaco y varias moléculas orgánicas, que podrían dar pistas a los científicos sobre la habitabilidad del océano oculto de la luna.

En 2040, el polo sur de Encelado entrará en un largo invierno de oscuridad que durará hasta 2055, lo que dificultará un posible aterrizaje futuro allí para buscar vida.

Glein, sin embargo, espera mostrar con el JWST que el chorro de agua eyectada del polo sur está depositando espuma de mar congelada en toda la superficie, tal vez hasta el ecuador iluminado por el sol, donde un aterrizaje podría ser más factible. “El JWST puede actuar como puente entre la era Cassini y un futuro módulo de aterrizaje en Encelado”, dijo.

Las Exolunas no pasan el corte

No todas las áreas de investigación tuvieron tanta suerte en este segundo año de ciencia del James Webb: David Kipping de la Universidad de Columbia, presentó dos propuestas para buscar lunas que orbitan exoplanetas, conocidas como exolunas.

El JWST «es el primer artilugio que la humanidad ha construido, que es realmente capaz de hacer este experimento», dijo Kipping. Pero ambas propuestas fueron rechazadas: “Estamos claramente decepcionados”, dijo, «Creíamos que el nuestro era un argumento de peso».

El JWST debería poder encontrar exolunas del tamaño de Europa, dijo Kipping, pero incluso si no puede, los resultados «serían bastante significativos».

El hecho de no encontrar una población esperada de exolunas «significaría que los modelos que usamos en nuestro sistema solar no son universales», dijo, y podría ser una pista de que nuestra abundancia local de satélites lunares es una extraña desviación de las normas cósmicas.

El tiempo es esencial, considerando que el JWST es el único telescopio ahora o en el futuro capaz de buscar exolunas. “El JWST podría durar diez años, tal vez más”, señala Kipping. “Si nunca lo usásemos para buscar exolunas, realmente lo lamentaríamos. Sería una lástima.

Grandes riquezas científicas por descubrir

Levenson sabe que habrá cierta decepción por los programas que no fueron seleccionados. “Hay muchas ideas geniales que no podremos llevar a cabo durante este segundo ciclo”, dijo. Para aquellos que se lo perdieron, la fecha límite para volver a intentarlo y solicitar el Ciclo 3 es octubre.

Para aquellos afortunados que pasaron el corte, hay grandes riquezas científicas por descubrir en este segundo año de ciencia del James Webb.

«Hay una gran cantidad de ramas científicas para la que el JWST está extraordinariamente preparado«, dijo Levenson. «Claramente, aún no hemos terminado».

Fuente: JWST Will Hunt for Dead Solar Systems–and Much More–in Its Second Year of Science