Misión de la NASA para cartografiar 450 millones de galaxias está en construcción

El telescopio espacial SPHEREx de la NASA será lanzado pronto a la órbita terrestre, desde donde comenzará a cartografiar todo el cielo. El Espectrofotómetro para la Historia del Universo en la Época de la Reionización y Explorador de Hielos (SPHEREx, por sus siglas en inglés) se asemeja a un megáfono, aunque uno que medirá casi 2,6 metros (8,5 pies) de altura y se extenderá hasta casi 3,2 metros (10,5 pies) de ancho. Lo que da a este observatorio su forma distintiva son sus escudos de fotones en forma de cono, que son ensamblados en una sala limpia en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés) de la NASA en el sur de California.

Tres conos, cada uno metido dentro del otro, rodearán el telescopio de SPHEREx para protegerlo de la luz y el calor del Sol y la Tierra. La nave espacial barrerá cada sección del cielo, como al escanear el interior de un globo terráqueo, para completar dos mapas de todo el cielo cada año.

“SPHEREx debe ser muy ágil porque esta nave espacial tiene que moverse relativamente rápido mientras escanea el cielo”, dijo Sara Susca, subdirectora de carga útil e ingeniera de sistemas de carga útil de JPL para esta misión. “No lo parece, pero los escudos son en realidad muy ligeros y están hechos con capas de material como un sándwich. El exterior tiene láminas de aluminio y en el interior hay una estructura de nido de abeja de aluminio que parece de cartón, ligera pero resistente”.

Cuando sea lanzado, a más tardar en abril de 2025, SPHEREx ayudará a los científicos a comprender mejor dónde se originaron el agua y otros ingredientes clave necesarios para la vida. Para ello, la misión medirá la abundancia de hielo de agua en las nubes interestelares de gas y polvo, donde nacen nuevas estrellas y de las que con el tiempo se forman planetas. El telescopio estudiará la historia cósmica de las galaxias midiendo la luz colectiva que producen. Esas mediciones ayudarán a descubrir cuándo comenzaron a formarse las galaxias y cómo ha cambiado su formación a lo largo del tiempo. Por último, al cartografiar la ubicación relativa de millones de galaxias entre sí, SPHEREx buscará nuevas pistas sobre cómo tuvo lugar la rápida expansión, o inflación, del universo una fracción de segundo después del Big Bang.

Fresco y estable

SPHEREx hará todo esto mediante la detección de luz infrarroja, un rango de longitudes de onda más largo que la luz visible que los ojos humanos puede observar. La luz infrarroja también es llamada a veces radiación de calor porque todos los objetos cálidos la emiten. Incluso el telescopio puede crear luz infrarroja. Debido a que esa luz interferiría con sus detectores, el telescopio debe mantenerse frío, por debajo de aproximadamente menos 210 grados Celsius (menos 350 grados Fahrenheit).

El escudo de fotones exterior bloqueará la luz y el calor del Sol y la Tierra, y los espacios entre los conos evitarán que el calor se dirija hacia el telescopio. Pero para garantizar que SPHEREx alcance su gélida temperatura de funcionamiento, también necesita algo llamado radiador de ranura en V: tres espejos cónicos, cada uno como un paraguas al revés, apilados uno encima del otro. Asentados debajo de los escudos de fotones, cada uno está compuesto por una serie de cuñas que redirigen la luz infrarroja de modo que rebote a través de los espacios entre los escudos y hacia el espacio sideral. Esto elimina el calor que es transportado a través de los soportes de la plataforma de la nave espacial, la cual estará a temperatura ambiente, que contiene la computadora y los componentes electrónicos.

“No solo nos preocupa el frío de SPHEREx, sino también que mantenga la misma temperatura”, dijo Konstantin Penanen, gerente de carga útil de JPL para la misión. “Si la temperatura varía, podría cambiar la sensibilidad del detector, lo que podría traducirse en una señal falsa”.

Un ojo en el cielo

El corazón de SPHEREx es, por supuesto, su telescopio, el cual recoge la luz infrarroja de fuentes lejanas utilizando tres espejos y seis detectores. El telescopio está inclinado sobre su base para que pueda ver la mayor cantidad posible del cielo mientras permanece dentro de la protección de sus escudos de fotones.

Construido por Ball Aerospace en Boulder, Colorado, el telescopio llegó en mayo de 2024 a Caltech en Pasadena, California, donde se integró con los detectores y el radiador de ranura en V. Luego, en el JPL, los ingenieros lo aseguraron a una mesa de vibración que simula el temblor que soportará el telescopio en el viaje del cohete al espacio. Después de eso, regresó a Caltech, donde los científicos confirmaron que sus espejos todavía están enfocados después de las pruebas de vibración.

La ‘visión’ infrarroja de SPHEREx

Los espejos dentro del telescopio de SPHEREx recogen la luz de objetos lejanos, pero son los detectores los que pueden “ver” las longitudes de onda infrarrojas que la misión está tratando de observar.

Una estrella como nuestro Sol emite todo el rango de longitudes de onda visibles, por lo que es blanca (aunque la atmósfera de la Tierra hace que se vea más amarilla a nuestros ojos). Un prisma puede dividir esa luz en las longitudes de onda que la componen: un arcoíris. Esto se denomina espectroscopia.

SPHEREx utilizará filtros instalados en la parte superior de sus detectores para realizar la espectroscopia. Apenas del tamaño de una galleta salada, cada filtro se ve iridiscente a simple vista y tiene varios segmentos para bloquear todas menos una longitud de onda específica de luz infrarroja. Todos los objetos que observe SPHEREx serán fotografiados por cada uno de los segmentos, lo que permitirá a los científicos ver las longitudes de onda infrarrojas específicas emitidas por ese objeto, ya sea una estrella o una galaxia. En total, el telescopio puede observar más de 100 longitudes de onda distintas.

Y a partir de eso, SPHEREx creará mapas del universo diferentes a cualquiera que haya existido antes.

Más acerca de la misión

SPHEREx es gestionado por JPL para la División de Astrofísica de la NASA dentro de la Dirección de Misiones Científicas en Washington D.C. Ball Aerospace construyó el telescopio y suministrará la plataforma de la nave espacial. El análisis científico de los datos de SPHEREx será realizado por un equipo de científicos situados en 10 instituciones en Estados Unidos y en Corea del Sur. Los datos se procesarán y archivarán en el Centro de Procesamiento y Análisis del Infrarrojo (IPAC, por sus siglas en inglés) en Caltech. El conjunto de datos de SPHEREx estará a disposición del público.

Para obtener más información (en inglés) sobre la misión SPHEREx, visita el sitio web:https://www.jpl.nasa.gov/missions/spherex/

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