El instrumento más frío del telescopio James Webb alcanza la temperatura de funcionamiento

El telescopio espacial James Webb de la NASA verá las primeras galaxias que se forman después del Big Bang, pero para hacer eso, sus instrumentos primero deben enfriarse, realmente frío. El 7 de abril, el instrumento de infrarrojo medio de Webb (MIRI), un desarrollo conjunto de la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea), alcanzó su temperatura operativa final por debajo de los 7 kelvin (menos 447 grados Fahrenheit, o menos 266 grados Celsius).

Junto con los otros tres instrumentos de Webb, MIRI inicialmente se enfrió a la sombra del parasol del tamaño de una cancha de tenis de Webb, cayendo a unos 90 Kelvin (menos 298 F, o menos 183 C). Pero bajar a menos de 7 Kelvin requería un refrigerador criogénico alimentado eléctricamente. La semana pasada, el equipo superó un hito particularmente desafiante llamado «punto de pellizco», cuando el instrumento pasa de 15 kelvins (menos 433 F, o menos 258 C) a 6,4 kelvins (menos 448 F, o menos 267 C).

«El equipo del enfriador MIRI ha trabajado mucho para desarrollar el procedimiento para el punto de pellizco», dijo Analyn Schneider, gerente de proyecto de MIRI en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. «El equipo estaba emocionado y nervioso al entrar en la actividad crítica. Al final, fue una ejecución de libro de texto del procedimiento, y el rendimiento más fresco es incluso mejor de lo esperado».

La baja temperatura es necesaria porque los cuatro instrumentos de Webb detectan luz infrarroja, longitudes de onda ligeramente más largas que las que pueden ver los ojos humanos. Las galaxias distantes, las estrellas escondidas en capullos de polvo y los planetas fuera de nuestro sistema solar emiten luz infrarroja. Pero también lo hacen otros objetos cálidos, incluido el propio hardware electrónico y óptico de Webb. Enfriar los detectores de los cuatro instrumentos y el hardware circundante suprime esas emisiones infrarrojas. MIRI detecta longitudes de onda infrarrojas más largas que los otros tres instrumentos, lo que significa que debe ser aún más frío.

Otra razón por la que los detectores de Webb deben estar fríos es para suprimir algo llamado corriente oscura o corriente eléctrica creada por la vibración de los átomos en los propios detectores. La corriente oscura imita una señal verdadera en los detectores, dando la falsa impresión de que han sido alcanzados por la luz de una fuente externa. Esas señales falsas pueden ahogar las señales reales que los astrónomos quieren encontrar. Dado que la temperatura es una medida de qué tan rápido vibran los átomos en el detector, reducir la temperatura significa menos vibración, lo que a su vez significa menos corriente oscura.

La capacidad de MIRI para detectar longitudes de onda infrarrojas más largas también lo hace más sensible a la corriente oscura, por lo que debe estar más frío que los otros instrumentos para eliminar por completo ese efecto. Por cada grado que aumenta la temperatura del instrumento, la corriente oscura aumenta en un factor de aproximadamente 10.

Una vez que MIRI alcanzó los gélidos 6,4 Kelvin, los científicos comenzaron una serie de comprobaciones para asegurarse de que los detectores funcionaran como se esperaba. Como un médico que busca cualquier signo de enfermedad, el equipo de MIRI analiza los datos que describen el estado del instrumento y luego le da al instrumento una serie de comandos para ver si puede ejecutar las tareas correctamente. Este hito es la culminación del trabajo de científicos e ingenieros en múltiples instituciones además del JPL, incluido Northrop Grumman, que construyó el enfriador criogénico, y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, que supervisó la integración de MIRI y el enfriador con el resto del observatorio. .

«Pasamos años practicando para ese momento, ejecutando los comandos y las comprobaciones que hicimos en MIRI», dijo Mike Ressler, científico del proyecto MIRI en JPL. «Era como el guión de una película: todo lo que se suponía que debíamos hacer estaba escrito y ensayado. Cuando llegaron los datos de la prueba, me emocioné al ver que se veía exactamente como se esperaba y que teníamos un instrumento saludable».

Todavía hay más desafíos que el equipo deberá enfrentar antes de que MIRI pueda comenzar su misión científica. Ahora que el instrumento está a la temperatura de funcionamiento, los miembros del equipo tomarán imágenes de prueba de estrellas y otros objetos conocidos que se pueden usar para calibrar y verificar las operaciones y la funcionalidad del instrumento. El equipo llevará a cabo estos preparativos junto con la calibración de los otros tres instrumentos, entregando las primeras imágenes científicas de Webb este verano.

«Estoy inmensamente orgulloso de ser parte de este grupo de científicos e ingenieros altamente motivados y entusiastas provenientes de toda Europa y los EE. UU.», dijo Alistair Glasse, científico de instrumentos MIRI en el Centro de Tecnología Astronómica (ATC) del Reino Unido en Edimburgo, Escocia. «Este período es nuestra ‘prueba de fuego’, pero ya me queda claro que los lazos personales y el respeto mutuo que hemos construido en los últimos años es lo que nos ayudará a superar los próximos meses para entregar un instrumento fantástico a la comunidad astronómica mundial».