A fines de marzo, Grant Tremblay estaba sentado frente a su computadora en su casa en Cambridge, Massachusetts, escuchando una reunión de Zoom, cuando vio aparecer una serie de correos electrónicos en su bandeja de entrada. El título de cada correo electrónico decía: “Carta de notificación de JWST del ciclo 1“.

Supo de inmediato que este era el día que él y sus colegas de la comunidad astronómica habían estado esperando ansiosamente: era Black Friday.

Blacker Friday, para ser claros, no tuvo nada que ver con los descuentos, ni con los viernes. (Era martes.) Era el día en que Tremblay, un astrofísico del Centro de Astrofísica Harvard y Smithsonian, y otros astrónomos de todo el mundo, aprenderían si recibirían una pequeña cantidad de tiempo para usar el Telescopio Espacial James Webb. , o JWST, uno de los telescopios espaciales más poderosos jamás creado.

“Queríamos responder preguntas fundamentales que no pueden ser respondidas de ninguna otra manera”

Tweet

Blacker Friday lleva el nombre de Brett Blacker, quien co-dirige el grupo de políticas científicas en el Space Telescope Science Institute, o STScI. Cada año, el instituto es responsable de seleccionar qué astrónomos tendrán tiempo para usar el telescopio espacial Hubble de la NASA. Y cada año, después de un largo proceso de toma de decisiones, Blacker enviaba una serie de correos electrónicos a astrónomos esperanzados, todos el mismo día a la misma hora, informándoles si sus propuestas para usar el telescopio habían sido aceptadas o rechazadas. Así nació Blacker Friday, también conocido como el Apocalipsis Blacker.

Este año, lo que estaba en juego era aún mayor en Blacker Friday porque, por primera vez, se informó a los astrónomos si obtendrían tiempo con JWST, un nuevo observatorio espacial que es significativamente más grande y más poderoso que el Hubble. Programado para lanzarse al espacio profundo a fines de diciembre, el telescopio construido por la NASA de casi $10 mil millones de dólares promete la capacidad de mirar en los recovecos del Universo como nunca antes. Antes del lanzamiento de JWST, STScI tuvo la abrumadora tarea de averiguar cuál de las 1.173 propuestas para el primer año de vida del observatorio, conocido como Ciclo 1, debería dedicar tiempo al telescopio. ¿Cómo prioriza lo que debe hacer el equipo espacial más avanzado del mundo cuando se enciende por primera vez?

Bueno, la ciencia tiene que ser nada menos que revolucionaria.

“Lo que se considera más interesante es la ciencia que se considera transformacional, que cambiará nuestra visión del universo”, dice Klaus Pontoppidan, astrónomo y científico del proyecto JWST en STScI. “No queremos que el observatorio haga las cosas un poco mejor de lo que se ha hecho antes. Queríamos responder preguntas fundamentales que no se pueden responder de otra manera”.

El poder de JWST

La NASA planea lanzar JWST el día antes de Navidad. Pero para la comunidad de astronomía, el lanzamiento es una verdadera fiesta. JWST es una de las misiones de ciencia espacial más esperadas del siglo XXI, ya que tiene la capacidad de remodelar la astronomía y la astrofísica tal como las conocemos.

Eso es porque el telescopio es lo más parecido que tenemos a una máquina del tiempo. Con un espejo bañado en oro de 21 pies de ancho, JWST podrá ver en el infrarrojo con una sensibilidad increíble. Podrá ver objetos que son de 10 a 100 veces más débiles de lo que puede ver el telescopio espacial Hubble, y será capaz de ver cosas con 10 veces mejor detalle. Recogerá luz de estrellas y galaxias ubicadas hasta a 13,6 mil millones de años luz de distancia, luz que ha tardado 13,6 mil millones de años en llegar a los espejos del telescopio. Dado que se cree que el Universo tiene aproximadamente 13.800 millones de años, las galaxias que JWST observará probablemente se formaron entre 100 y 250 millones de años después del Big Bang. Nuestro Universo estaba en su infancia entonces, y JWST nos proporcionará las fotos del bebé.

“Casi todas las áreas de la astronomía en las que puede pensar serán atendidas”

Tweet

Además de mirar hacia atrás en el tiempo, el telescopio nos ayudará a comprender la estructura a gran escala del Universo y quizás nos diga si seguirá expandiéndose para siempre. Observará los centros de las galaxias, encontrará agujeros negros supermasivos y ayudará a los astrónomos a aprender cómo estos objetos enigmáticos han evolucionado con el tiempo. Observará los nacimientos y muertes de estrellas. Incluso mirará hacia atrás en nuestro propio Sistema Solar para estudiar los objetos más débiles en el borde de nuestro vecindario cósmico. Y podrá mirar los bordes de los mundos que orbitan alrededor de estrellas distantes. “Se abordarán casi todas las áreas de la astronomía que se te ocurran“, dice a Christine Chen, astrónoma asociada de STScI.

La promesa de JWST siempre ha estado en el horizonte. Desde que se concibió por primera vez una iteración del telescopio en 1989, el camino hacia la plataforma de lanzamiento se ha pavimentado con sobrecostos y problemas técnicos. Ingenuamente, la NASA imaginó originalmente un lanzamiento entre 2007 y 2011, por un costo total de entre $1 mil millones y $3,5 mil millones. Pero JWST siguió perdiendo una fecha de lanzamiento objetivo tras la siguiente, mientras que su costo total se disparó a $9,7 mil millones.

Mientras todos esperaban a que se materializara el JWST, el mundo de la astronomía floreció. Ha surgido un campo completamente nuevo desde la década de 1990, uno que gira en torno al estudio de planetas fuera de nuestro Sistema Solar, o exoplanetas. Desde que se confirmó la primera detección de un exoplaneta en 1992, hemos descubierto miles de estos mundos lejanos orbitando estrellas alienígenas. En 2017, los astrónomos sorprendieron al mundo cuando anunciaron el descubrimiento de un sistema solar alienígena completo, que consta de siete planetas aproximadamente del tamaño de la Tierra, todos orbitando alrededor de una estrella enana. Y tres de los siete planetas, conocidos como el sistema TRAPPIST-1, se encuentran en la zona habitable de la estrella, donde se cree que las temperaturas son las adecuadas para que el agua pueda acumularse en la superficie de un planeta.

Después de descubrir tal abundancia de exoplanetas, los astrónomos ahora están ansiosos por encontrar lo que se conoce como Tierra 2.0: un planeta del tamaño de nuestro mundo, orbitando una estrella como nuestro Sol a la distancia correcta para que se forme agua líquida. Pero los exoplanetas son increíblemente débiles, y los métodos tradicionales para detectarlos, como ver las estrellas oscurecerse ligeramente cuando los planetas pasan frente a ellos, no pueden decirnos qué podría estar al acecho en sus superficies. Sin embargo, JWST es lo suficientemente poderoso como para detectar la luz que pasa directamente a través de las atmósferas de algunos mundos extraterrestres y usar esa luz para decir qué tipos de sustancias químicas están presentes en la atmósfera. Quizás, incluso podría detectar signos de vida.

“Todos nuestros saltos transformacionales en astronomía observacional se habilitan haciendo pedazos de vidrio cada vez más grandes”

Tweet

Es una capacidad que nadie realmente imaginó cuando se diseñó JWST por primera vez, pero ahora se considera una de las áreas de la ciencia más emocionantes que tocará el telescopio. También significa que hay incluso más personas que están ansiosas por tener solo unas pocas horas con el telescopio espacial más avanzado construido.

“Todos nuestros saltos de transformación en la astronomía observacional son posibles al hacer piezas de vidrio cada vez más grandes, ¿verdad?” dice Tremblay. “Y cuando haces una maldita pieza de vidrio que sea lo suficientemente grande, y especialmente cuando la lanzas al espacio, el espacio de descubrimiento para ese observatorio crece con el tiempo. No disminuye“.

Eligiendo la ciencia

Si bien JWST es en última instancia una misión de la NASA, el trabajo del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial es determinar qué hace realmente JWST en el espacio. “Puedes pensar en nosotros como una especie de parte de software del observatorio“, dice Pontoppidan, “mientras que la NASA es la parte de hardware“.

Sin embargo, STScI tuvo que esperar mucho tiempo antes de determinar el cronograma para el primer año de JWST, y hubo algunos comienzos en falso en el camino. Cuando parecía que el telescopio estaría listo para lanzarse en 2019, el Instituto pidió a los astrónomos que presentaran sus propuestas para marzo de 2018. Luego, solo una semana antes de la fecha límite, la NASA anunció que el telescopio no se lanzaría hasta 2020 como muy pronto. STScI pospuso abruptamente la fecha límite hasta que se determinó una fecha de lanzamiento más concreta.

Otro aplazamiento se produjo nuevamente en marzo de 2020, debido al inicio de la pandemia COVID-19. Finalmente, después de lo que pareció una eternidad, los astrónomos entregaron sus propuestas el 24 de noviembre de 2020, dos días antes del Día de Acción de Gracias. Luego llegó el momento de que STScI examinara las más de 1.000 ideas que se habían presentado.

STScI sabía que no podía manejar este proceso solo. El Instituto creó un Comité de Asignación de Tiempo que incluía a astrónomos y astrofísicos de todo el mundo. Se dividieron en 18 paneles, cada uno compuesto por unas 10 personas a las que se les asignó la tarea de examinar propuestas para diferentes áreas de la ciencia espacial y clasificarlas en función de tres criterios importantes: cuánto afectará la propuesta al conocimiento dentro de un subcampo, cuánto avanzará la astronomía en general, y si la idea propuesta requiere las capacidades únicas de JWST para tener éxito. Dada la cantidad de personas que quieren usar JWST, el Instituto no quiso dedicar tiempo a una observación que podría realizarse con cualquiera de los otros telescopios actualmente en línea.

Con todos estos puntos de referencia en mente, el comité se puso a trabajar evaluando todas las propuestas. Para tratar de eliminar la mayor cantidad posible de sesgos del proceso de selección, el proceso fue de “doble anonimato“. Eso significa que las personas que escribieron las propuestas no tenían idea de quién las evaluaría, y las personas del comité no tenían idea de qué propuestas estaban analizando. Como resultado, el 30 por ciento de las propuestas ganadoras están dirigidas por mujeres, y los científicos que estudian para sus doctorados también obtuvieron más éxito en la aprobación de sus ideas. “Ahora que nadie sabe quién escribió la propuesta, los estudiantes pueden tener el mismo éxito que sus mentores”, dice Chen.

Después de aproximadamente cuatro meses de minucioso debate, el comité seleccionó las propuestas que consideró más transformadoras. Luego le dio a cada propuesta un cierto número de horas de tiempo de observación. Finalmente, STScI seleccionó un total de 266 propuestas, presentadas por científicos de 41 países de todo el mundo.

Tremblay, el astrofísico de Harvard, había presentado nueve propuestas para el primer año de JWST. El Blacker Friday, nueve correos electrónicos nuevos estaban en su bandeja de entrada. (Los correos electrónicos ya no provienen de Blacker, sino de la Oficina de Misión Científica en STScI). Rápidamente hizo clic en ellos y leyó uno tras otro:

“Estimado Dr. Tremblay,

Lamentamos informarte…”

Leyó la frase nueve veces en total.

Fue una decepción, pero definitivamente no un shock. “No me rompí por no tener tiempo este año“, dice Tremblay. “Sabía que sería inmensamente competitivo para el Ciclo 1, como debería ser. Y está bien. Lo volveremos a enviar“.

A casi 3200 km de distancia, Caitlin Casey, astrónoma de la Universidad de Texas, estaba teniendo un Blacker Friday muy diferente. Estaba en su casa en Austin, sosteniendo a su bebé dormido de dos meses en su regazo, mientras desplazaba su teléfono. Fue entonces cuando vio aparecer el correo electrónico en su bandeja de entrada.

“Estimada Dra. Casey,

Estamos complacidos en informarle…”

El ambicioso proyecto que ella había propuesto, llamado Cosmos Webb, acababa de ser aprobado. Y el Instituto le estaba dando a Casey la friolera de 208 horas con JWST para cumplir con su proyecto, la mayoría de todos los que habían presentado propuestas. El proyecto contemplará un parche de cielo particularmente grande del tamaño de tres lunas llenas, un área que se extiende hasta 63 millones de años luz de ancho. Al hacerlo, se creará un retrato del joven universo similar al icónico Hubble Deep Field del Hubble, que mostró algunas de las primeras galaxias que pudimos observar en ese momento. Con la capacidad mejorada de JWST, el equipo tomará imágenes de galaxias que son aún más antiguas con niveles de detalle aún mayores. “Si el Hubble Deep Field se imprimiera en una hoja de papel de ocho y medio por 11, Cosmos Webb sería como un mural de 5 m por 5 m en el costado de un edificio”, dice Casey.

“Todo lo que tenía que decir fue LO CONSEGUIMOS”

Tweet

Permaneciendo en silencio para no despertar a su hijo dormido, Casey se conectó con júbilo a Slack y le envió un mensaje a su colega sobre el proyecto, Jeyhan Kartaltepe, un astrofísico del Instituto de Tecnología de Rochester.

“Todo lo que tenía que decir era, ‘Lo conseguimos’“, dice Casey. “Ella también estaba estupefacta. Y creo que durante el resto de ese día, tanto ella como yo, ni siquiera pudimos [concentrarnos]. Fue una ráfaga de emoción y simplemente abrumado con esa noticia “.

Aparte de Cosmos Webb, el sistema TRAPPIST-1 de siete planetas recibirá mucha atención durante el primer año de JWST, con hasta siete programas diferentes dedicados a estudiar este extraño grupo de mundos. JWST buscará en las atmósferas de estos planetas, así como en docenas más que hemos encontrado en todo el Universo, con la esperanza de determinar si estos lugares podrían ser adecuados para la vida tal como la conocemos. Y hay cientos de objetivos más que observará JWST, incluidas galaxias, cuásares, agujeros negros y más.

Si bien el comité trató de ser lo más lógico posible con sus decisiones finales, todos están de acuerdo en que la serendipia entra en juego. “Probablemente hubo muchos programas asombrosos similares al nuestro que también fueron considerados”, dice Casey. “Siempre hay un pequeño elemento de suerte en el proceso de selección final. Quizás a alguien en el panel simplemente le gustó la forma específica en que presentamos cierta información“.

El primer año

Aproximadamente 10,000 horas de tiempo de observación se asignan a diferentes grupos durante el primer año de vida de JWST. Se otorgaron alrededor de 6.000 horas a los científicos que presentaron propuestas en todo el mundo, mientras que ya se habían reservado casi 4.000 horas para los científicos que ayudaron a diseñar y construir JWST y sus instrumentos. El STScI también tiene aproximadamente 460 horas de tiempo discrecional que se han asignado para lo que se conoce como “Observaciones de salida anticipada“. Los datos de estas horas, programados para realizarse en los primeros cinco meses de ciencia, se harán públicos de inmediato, de modo que cualquier persona, incluso aquellos que no tuvieron tiempo con el telescopio, pueden analizar las observaciones y escribir sus propios estudios.

Cualquiera que haga los cálculos se dará cuenta de que 10,000 horas es en realidad más que la cantidad de horas en un año calendario. STScI sobreprescribió deliberadamente el tiempo de JWST para dar cuenta de cualquier problema. STScI programará las observaciones de JWST en incrementos de dos semanas, tiempo durante el cual el observatorio apuntará a sus objetivos previstos de forma autónoma. Sin embargo, es posible que JWST no ejecute correctamente algunos comandos de vez en cuando. Si eso sucede, JWST simplemente pasará a la siguiente observación. Y el Instituto quiere asegurarse de que el telescopio tenga planes alternativos cuando ocurran tales errores. “No queremos llegar al final del año y luego quedarnos sin observaciones“, dice Pontoppidan.

STScI también está planeando ganar tiempo para objetivos que aún no conocemos. Estos son eventos como la destrucción explosiva de una estrella, conocida como supernova, o cuando dos estrellas particularmente densas se unen en una fusión cataclísmica, conocida como kilonova. Si los astrónomos detectan una supernova particularmente jugosa que ocurre en el cielo, los operadores de JWST están preparados para reorientar el programa para que puedan observar rápidamente las secuelas del evento eruptivo.

La priorización de las observaciones de JWST estará determinada por la época del año y dónde se colocan las cosas en el cielo. Pero en cuanto a la primera observación que hará el telescopio, la NASA sabe qué es, pero no lo dirá. Se supone que es una sorpresa.

Si bien la flexibilidad será clave para el Ciclo 1 de JWST, STScI garantiza que todas las propuestas que han sido aprobadas ocurrirán. Debido a que cada objetivo en el cielo está a la vista de JWST dos veces al año, si por alguna razón se pierde un objetivo, existe una segunda oportunidad para observarlo seis meses después. Si no se observa un objetivo en el primer año, es posible que simplemente se reasigne hasta el próximo año. “Básicamente, todo lo que pase por el comité, recomendado y aprobado, se ejecutará en el telescopio“, dice Chen, “siempre que el telescopio, ya sabes, funcione“.

Si todo va bien con el lanzamiento del telescopio, la NASA planea realizar al menos cinco años y medio de ciencia con él y, con suerte, hasta 10 años. En última instancia, la vida útil del observatorio está determinada por sus reservas limitadas de combustible, que son necesarias para ayudar a reorientar el JWST en el espacio. Siempre que se acabe ese combustible, la misión de JWST terminará.

“La comunidad tiene una demanda inmensa del telescopio y creo que es grandioso”

Tweet

Esa finalidad está todavía bastante lejos. Primero, JWST debe lanzarse y sobrevivir a su viaje por el espacio. Una vez que llegue a su hogar final a 1,6 millones de kilómetros de la Tierra, JWST se someterá a seis meses de puesta en servicio, cuando los científicos prueben meticulosamente los instrumentos a bordo, antes de que comience la ciencia real.

Y luego, después de que haya pasado un período de ciencia transformacional, será el momento de presentar otra ronda de propuestas. Aunque Tremblay participará en una propuesta de JWST para el Ciclo 1 como colaborador en lugar de como investigador principal, planea enviar sus ideas nuevamente para el Ciclo 2. Y lo entenderá si no es aceptado.

“Como astrónomo nos acostumbramos profesionalmente a los rechazos; Podría empapelar mi pasillo con los rechazos que he recibido”, dice Tremblay. “Es solo un reflejo del hecho de que la comunidad tiene una inmensa demanda del telescopio. Y creo que es algo grandioso“.