Las primeras imágenes del telescopio espacial James Webb

A pesar de que todavía quedan unos meses para ver las primeras imágenes astronómicas «de verdad», el telescopio espacial James Webb (JWST) ya ha pasado por su primera luz y ha enviado una serie de imágenes de prueba tomadas por el instrumento NIRCam. Como todos y todas sabemos ya a estas alturas, para obtener una imagen es preciso alinear los 18 segmentos hexagonales del espejo primario del JWST con el fin de que funcionen como un único espejo de 6,5 metros de diámetro. El proceso es bastante más complejo de lo que uno podría pensar porque no solo es necesario mover los segmentos para que su foco coincida con el del resto, sino que también hay que cambiar el radio de curvatura de cada uno (es decir, la distancia focal de cada segmento es diferente). Para ello, cada segmento de berilio incorpora un avanzado conjunto de seis ‘actuadores’ con seis grados de libertad capaces de mover los espejos en incrementos de 50 nanómetros en ajuste grueso o, en ajuste fino, de 7 en 7 nm. El reto es todavía mayor si tenemos en cuenta que este sistema debe funcionar a una temperatura de —233 ºC.

Las primeras 18 imágenes del James Webb, en este caso, de la estrella HD 84406 formadas por cada segmento del espejo primario del James Webb. Los puntos no son nítidos porque todavía no se ha conseguido enfocar cada segmento adecuadamente (y porque la temperatura del telescopio es superior a la óptima) (NASA).

Además de los actuadores de los segmentos, denominados PMSA (Primary Mirror Segment Assemblies) o ‘hexápodos’, hay que tener en cuenta que el espejo secundario también juega un papel fundamental en el alineamiento y es capaz de moverse gracias a un sistema similar denominado SMA (Secondary Mirror Assembly). Por tanto, el James Webb dispone de un total de 132 mecanismos para cambiar la posición y forma de los espejos que deben funcionar correctamente. De paso, este avanzado sistema permite, hasta cierto punto, compensar los posibles errores y defectos de fabricación que tenga cada segmento. Los segmentos fueron lanzados de tal modo que estuviesen protegidos por la estructura del espejo primario para sobrevivir a las vibraciones del despegue, por eso el primer paso en el proceso de alineamiento ha sido moverlos 12,5 milímetros desde esta posición inicial hasta la posición de trabajo.

La imagen anterior con la etiqueta de cada segmento que la creó. Las alas hacen referencia a las dos partes plegables con tres segmentos cada uno que tiene el espejo (NASA).

Zona del cielo en la que se encuentra la estrella usada para esta prueba (NASA).

Los actuadores que se usan en cada segmento para cambiar la posición y el radio de curvatura de cada uno (NASA).

Estructura trasera de cada segmento del espejo primario, incluyendo los actuadores (NASA).

Detalle del mecanismo de cada actuador (NASA).

Para controlar el proceso de alineado se utiliza la cámara NIRCam, uno de los tres instrumentos principales del telescopio (por otro lado, recordemos que la NIRCam todavía no puede obtener imágenes de calidad científica no solo porque los espejos no están alineados, sino porque la temperatura del telescopio sigue estando por encima de los —233 ºC, es decir, demasiado caliente para ver en el infrarrojo). El primer paso del proceso es emplear una estrella —una fuente de luz puntual— para identificar las imágenes generadas por cada segmento. Y eso es precisamente lo que ya ha logrado el equipo del JWST. En la imagen que abre este artículo podemos ver 18 puntos más o menos distorsionados. Cada uno de ellos corresponde a la imagen generada por un segmento. La estrella elegida fue HD 84406, un astro anodino de magnitud 6 situado en la Osa Mayor que ha sido seleccionado porque se encuentra en el campo de visión actual del JWST y no tiene cerca ninguna otra estrella de brillo similar. El siguiente paso ha sido relacionar las imágenes con cada segmento para saber cuánto y cómo hay que deformar cada espejo con el objetivo de que los focos coincidan y obtener así una única imagen.

Los instrumentos del JWST, incluida NIRCam (NASA).

Modelo a escala del espejo primario usado para ensayar las técnicas de alineamiento (NASA).

El campo de cada instrumento, con NIRCam en el centro (ESA).

Parte del mosaico inicial de NIRCam para identificar las 18 imágenes de cada segmento (se ven en el centro de la imagen) (NASA).

El proceso de captura de las imágenes comenzó el 2 de febrero. Para poder saber qué segmento corresponde a cada imagen, el equipo del JWST ha tenido que mover ligeramente los segmentos y ver luego qué imagen es la que se ha desplazado. El JWST apuntó a 156 zonas diferentes alrededor de la estrella HD 84406 y en cuestión de 25 horas se generaron 1560 imágenes en total, unos 54 gigabytes de datos. Las imágenes de cada segmento podían hallarse dispersas en un área del tamaño de la luna llena —o sea, medio grado—, pero, afortunadamente, todas estaban relativamente cerca del foco ideal. En cualquier caso, fue necesario generar un mosaico de más de dos mil millones de píxeles en este proceso inicial de búsqueda de las 18 imágenes. Ahora habrá que enfocar y mover los segmentos con cuidado hasta que las imágenes converjan. La teoría detrás de la combinación precisa de las imágenes es bastante compleja y para detallarla necesitaríamos una entrada mucho más elaborada, pero baste decir que el instrumento NIRCam mide el frente de onda de la imagen de cada segmento para conseguir un resultado único y nítido. Más adelante será necesario calibrar regularmente el alineamiento de los segmentos con el fin de alcanzar el ajuste fino requerido para que el telescopio funcione perfectamente, pero, en principio, estos primeros pasos —movimiento inicial de los segmentos, identificación de las imágenes de cada segmento, etc.— no habrá que repetirlos.

Secuencia de alineación de los segmentos (NASA).

Temperatura de los actuadores hace unos días (NASA).

Otro diagrama para entender el proceso de alineado (NASA).

Además de esta primera imagen, también hemos podido ver un espectacular selfie del espejo primario. Aunque parezca que ha sido tomado por una cámara situada en el espejo secundario, en realidad ha sido obtenida por una lente especial dentro del instrumento NIRCam diseñada con el objetivo específico de hacer este tipo de autorretratos para comprobar si hay algún problema grave de alineamiento (el segmento más brillante que se aprecia en la imagen estaba apuntando en ese momento a una estrella, mientras que el resto no). En todo caso, todavía tendremos que esperar a que el proceso de alineamiento finalice y que el telescopio se enfríe hasta su temperatura de funcionamiento óptima. Pero, aunque no sean impresionantes, estas borrosas imágenes de una estrella anónima constituyen la primera luz del JWST. Dentro de unos años echaremos la vista atrás y podremos decir que fue este el momento cuando el James Webb comenzó a observar el Universo.