G) Exploración desde más allá de nuestra atmósfera. Grandes colaboraciones y telescopios espaciales

Desde que la frontera de las instalaciones astronómicas se trasladó más allá de la atmósfera terrestre exterior, la humanidad ha desarrollado un conjunto de satélites dedicados a la exploración astronómica, inicialmente ensamblados y lanzados por las dos principales agencias espaciales del mundo: la NASA de Estados los Unidos de América y la Agencia Espacial Europea (ESA) posteriormente seguidos por otras agencias nacionales y consorcios como la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA), la Agencia Espacial Italiana (ASI) y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), entre otros.

Debido a la complejidad, el costo y los desafíos técnicos involucrados, los telescopios espaciales son empresas de gran envergadura, a menudo transnacionales, cuyo éxito requiere un esfuerzo común y compartido por una comunidad muy amplia de personas altamente comprometidas, que trabajan juntas durante años e incluso décadas. Esto es particularmente cierto en el momento de la recopilación, el procesamiento y la publicación de los datos en los que se basan las investigaciones y descubrimientos astronómicos. Con frecuencia, los telescopios espaciales están diseñados para observar grandes áreas del cielo y un gran número de objetos astrofísicos del mismo tipo, con el fin de generar una cantidad abundante de datos (censos). A su vez, los estudios astronómicos proporcionan una variedad tan amplia de conjuntos de datos que requieren que la comunidad astronómica se organice en grandes equipos de investigación para maximizar los resultados de las observaciones astrofísicas.

Entre los telescopios espaciales más exitosos e icónicos, comenzamos describiendo el legado del aún operativo Telescopio Espacial Hubble. Lanzado hace más de treinta años y equipado con detectores de imagen y espectroscopia que operan en bandas ópticas, ultravioleta e infrarroja cercana, Hubble ha revolucionado nuestra comprensión del Universo al proporcionar las imágenes más detalladas de los objetos astronómicos. Sus observaciones de galaxias distantes, regiones de formación estelar y supernovas (incluido el famoso “Hubble Deep Field”) han permitido a los científicos comprender la extensión y la edad del Universo, así como obtener un conocimiento más detallado de los procesos físicos que alimentan la emisión radiativa en estrellas y galaxias. En su larga vida, Hubble fue visitado cinco veces por misiones de servicio (reparaciones) realizadas por astronautas desde un transbordador espacial; una característica verdaderamente única entre los telescopios espaciales que sólo Hubble ha experimentado hasta ahora.

Observatorios espaciales de rayos gamma como Fermi, y de rayos X como Chandra, XMM-Newton y Swift, todos aún operativos, han sido fundamentales para aumentar nuestra comprensión del universo de alta energía: de hecho, los eventos astrofísicos más energéticos están asociados con objetos compactos en acreción, como agujeros negros (tanto supermasivos como de masa estelar), estrellas de neutrones y estallidos de rayos gamma. Debido a la presencia de la atmósfera terrestre, todos estos fenómenos sólo pueden ser observados en altas energías desde el espacio; por lo tanto, los satélites de rayos X y rayos gamma representan los únicos medios para explorar la interacción entre el gas extremadamente caliente y los mecanismos de aceleración de partículas en cuásares, chorros astrofísicos, restos de supernovas y púlsares.

Lanzada en 2013, la misión GAIA (Interferómetro Astrométrico Global para Astrofísica) fue desactivada en enero de este año después de haber producido el mapa tridimensional más preciso de la Vía Láctea, obtenido midiendo la posición, los movimientos y las propiedades de más de mil ochocientos millones de estrellas. Durante su vida útil GAIA generó tres publicaciones de datos (queda una aún por venir), que fueron procesadas y analizadas por especialistas de las ciencias y del desarrollo de software distribuidos en ciento treinta y seis institutos de más de veinte países.

En sus casi diez años de vida operativa (2009-2018), el telescopio espacial Kepler descubrió más de dos mil seiscientos exoplanetas al monitorear el oscurecimiento de la radiación estelar causado por el paso de un planeta en órbita frente a su estrella. Estos descubrimientos revelaron que la presencia de planetas más allá del Sistema Solar no es tan rara en nuestra galaxia (un hecho que también ha sido corroborado por las observaciones de exoplanetas realizadas por Hubble y GAIA). Aún más interesante para la exploración humana, las observaciones de exoplanetas con telescopios espaciales han mostrado que algunos orbitan sus estrellas en la llamada “zona habitable”, una región a una distancia característica de la estrella que permite la existencia de agua en estado líquido.

Entre los telescopios espaciales lanzados recientemente, debemos mencionar el Telescopio Espacial James Webb (JWST, 2021) y el Euclid (2023). El JWST fue diseñado como sucesor del Hubble, enfocado en la exploración de las primeras galaxias —aquellas formadas apenas doscientos a trescientos millones de años después del Big Bang—, en los procesos de formación estelar y en la formación de exoplanetas. La realización del JWST ha sido un esfuerzo conjunto de tres agencias espaciales principales (NASA, ESA y la Agencia Espacial Canadiense), que enfrentaron y superaron desafíos técnicos complejos. De hecho, la nave espacial está equipada con el espejo más grande jamás enviado en un satélite (6.5 metros de diámetro) y un “sunshield” o escudo solar del tamaño de una cancha de tenis para evitar que la radiación solar dañe los instrumentos infrarrojos altamente sensibles transportados por el satélite.

Euclid, por su parte, está diseñado para descifrar los misterios de la energía y la materia oscuras mediante un mapeo muy preciso de la distancia, posición y forma de galaxias distribuidas en una distancia de hasta diez mil millones de años luz. Estas galaxias conforman la denominada “red cósmica” que refleja la geometría del Universo moldeada por estas dos cantidades cosmológicas fundamentales, que regulan cómo se ha expandido el Universo y cómo se han formado sus estructuras. El éxito de la misión Euclid no sería posible sin la gran colaboración que la respalda: un consorcio de dos mil científicos pertenecientes a trescientos institutos de trece países europeos, además de Estados Unidos, Canadá y Japón.

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