En la navidad del año pasado -el 25 de diciembre de 2021, por si estás leyendo esto en el futuro-, se inició una misión que abre una nueva era en nuestra comprensión del universo con el lanzamiento del telescopio espacial James Webb (JWST por sus siglas en inglés). El susodicho fue lanzado en un cohete Ariane 5 desde la costa latinoamericana en la Guyana Francesa. Aunque no, no fue un proyecto de la gran Latinoamérica unificada, sino que un very old classic de la NASA. En realidad, fue financiado por una colaboración entre tres organizaciones: la ESA (de la Unión Europea), el CSA (de origen canadiense) y -adivina- la NASA (de los Estados Unidos, obviamente). Entonces si no es un proyecto latinoamericano, ¿por qué lo lanzaron aquí? Principalmente, porque se necesitaba que estuviera más cerca de la línea del Ecuador para tomar la velocidad necesaria y, además, porque si llegase a explotar es mejor que esté en un continente bananero cerca de la costa.
El James Webb tomando sol en las playas de Guyana Francesa unas horas antes de iniciar su misión.
El JWST causó sensación por su estructura de origami y por el riesgo que supone hacer orbitar un telescopio tan lejos de la Tierra, básicamente porque si llegase a fallar no podríamos ir a arreglarlo -astrophysics panic-. Ya sucedió con el tan querido Hubble que en 1993 se descubrió que su fino -y elegante- espejo tenía una distorsión llamada aberración esférica por lo que, en una aventura épica, un equipo de siete astronautas tuvo que subir al espacio en una exitosa misión de reparación que se extendió durante unos largos 11 días. Muy distinto sería si le llegase a pasar algo al JWST, en este caso sólo nos quedaría llorar y perdernos de las grandes maravillas que promete. Si bien el James Webb es el sucesor del Hubble que con sus 31 años está llegando al final de su vida operativa, en ningún caso viene a reemplazarlo puesto que estos telescopios captan muy distintos registros de luz: el Hubble se encarga de luz que está dentro del espectro visible del ser humano, mientras que el JWST captará un tipo de luz muy específica con una frecuencia bastante por debajo de ese espectro. Sí, hace un rato dijimos estructura de origami como se pudiera dejar sin explicar: Digamos que el telescopio fue confeccionado con un gran espejo bañado en oro doblado como un origami el cual se desplegó de manera gloriosa luego de culminar el lanzamiento y dejémoslo hasta ahí porque de eso ya se ha hablado bastante.
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Bueno, bacán el telescopio, suena importante, pero si es tan bacán entonces dime: ¿qué tan lejos mira en el universo? ¿a qué distancia? Yo tengo un telescopio en mi casa y mira hasta Saturno, ¿qué tan lejos mira ese? A ver si es más bacán que el mío.
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Pero es que el alcance del JWST no se mide en distancia… se mide en tiempo: está mirando cerca de 13500 millones de años atrás, tan sólo 300 millones de años después del Big Bang.
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Wow … ¡¿está viajando hacia atrás en el tiempo?!
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Mm… it´s complicated.
El espacio y el tiempo son complicados, desde Einstein que entendemos que están súper intrincados el uno en el otro y, de hecho, ahora los tratamos como una sola cosa: el espacio-tiempo. Tal es la co-implicación entre espacio y tiempo que de seguro has escuchado eso de que muchas de las estrellas que vemos en el cielo ya han muerto pero su luz sigue viajando por el espacio. En tal caso, estamos “viendo el pasado” porque la luz viene de un lugar tan lejano, tardando siglos o milenios en llegar a la Tierra, que la imagen visualizada ya no coincide con el estado actual del astro. Pese a que esto en realidad es falso, puesto que las estrellas que vemos en el cielo están demasiado cerca como para que ya se hayan muerto, sí aplica para el JWST. Tal es su modo de “ver el pasado”: se trata de observar luz infrarroja que proviene de poco después del origen del universo (tan sólo 300 millones de años después, menos de lo que Oliver Atom tarda en cruzar una cancha de fútbol). Particularmente, después de que la expansión del espacio cediera lugar a que la luz se dispersara libremente para dar paso a la creación de estructuras estables que corresponden a las primeras galaxias y estrellas de nuestro universo. Ya, pero ¿qué es eso de que la luz se liberó? Para entenderlo bien, debemos indagar en las distintas etapas que tuvieron lugar durante el Big Bang, incluyendo lo que se denomina Fondo cósmico de microondas (o CMB, por sus siglas en inglés). Y de paso entender bien esto de la “gran explosión”.
Fondo cósmico de MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMmmmmmmmmmmMMMMMMMmmmmMMMMMmmmMMMmMmmMMMmMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMmMMmmmmmmmmmmmmmmMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmMMMMMMmmmmmmmmmmmmm 
DING
DINGTodo comenzó hace unos 13.800 millones de años por la mañana -sí, todo todillo-, con este fenómeno al que le pusieron Big Bang de manera burlesca pero que después parece que a alguien se le olvidó cambiarle el nombre y se quedó así. Resulta que hay un gran malentendido con el Big Bang porque, a veces, se suele explicar como el momento en que una bolita de materia muy condensada explotó y bibidi babidi bú apareció el universo. En realidad, el término intenta agrupar una serie de procesos altamente complejos que corresponden a los primeros resquicios del universo de los que nuestras teorías más actuales pueden hacerse cargo. Superando el sinsentido de una bola de materia que explota, cabe aclarar que, como el fenómeno debe entenderse procesualmente, tampoco está afirmando una especie de generación espontánea o una maravillosa creación divina. Sino que los procesos involucrados podrían retrotraerse de manera indefinida hacia atrás en el tiempo, entendiendo incluso al tiempo como algo en creación dentro de este proceso y no como algo absoluto de lo que podríamos preguntar: ¿a qué hora fue el Big Bang? En términos concretos, esta teoría es una forma de explicar una serie de fenómenos en que se generaron el tiempo, nuestro espacio con sus tres dimensiones y, luego de un largo rato, los átomos y la materia como solemos entenderla. Lo crucial aquí, por lo tanto, es que los átomos que nos conforman no aparecieron repentinamente y, de hecho, aparecieron mucho pero que mucho después, puesto que su creación debió ser antecedida por al menos tres momentos críticos.
A LONG TIME AGO…
Primero lo primero, el periodo más lejano que podemos hacer inteligible, según la física, es aquel donde sólo había fluctuaciones cuánticas del vacío. Es decir, latencias, potencialidades y materialidades posibles dentro del vacío mismo. Entendido de una forma particular en la física, el vacío cuántico no es una simple nada, sino que está lleno de posibilidades. Por ejemplo, si tienes un trocito de vacío, siempre está la posibilidad de que surja repentinamente un par partícula-antipartícula de su interior. El asunto se complica bastante si queremos saber de dónde vienen tales potencialidades, pero, como mencionamos, siempre se puede seguir avanzando hacia atrás y probablemente, en tal esfuerzo, la teoría de súper cuerdas tendría bastante que decir. Pero bueno, si nos quedamos con las teorías vigentes hoy en día (de las cuales las teorías de cuerdas no forman parte *cries in ten-dimensional space*) nuestro inicio son las fluctuaciones cuánticas del vacío.
NO TANTO TIEMPO ATRÁS
Un tiempo de Planck y segundos más tarde vendría un periodo llamado inflación donde el universo pre-primigenio comienza a expandirse exponencialmente dominado por una única partícula llamada -con una originalidad digna de la física- inflatón. Ah, sí, ¿qué es eso de tiempo de Planck? Uf, otra historia, pero imagina una partícula a la velocidad más rápida posible recorriendo la distancia más corta medible, ¿cuánto se demora?, sin duda, muy poquito. El universo, entonces, durante este segundo momento, se encuentra en un estado muy simple, totalmente cubierto por el campo inflacionario y las únicas heterogeneidades existentes son los remanentes de las fluctuaciones cuánticas presentes en el inflatón. La importancia de suponer este periodo de inflación yace en que da solución a diversos problemas que presenta la teoría clásica del Big Bang como, por ejemplo, la contradicción con la segunda ley de la termodinámica con la que se enfrenta. Según esta ley, mientras el universo se expande de manera libre, se debiese volver más desordenado y no tender a formar estructuras estables como estrellas y galaxias. Así, el campo inflacionario provee una especie de pegamento para el universo que, en conjunto con la estructura heredada por las fluctuaciones cuánticas del vacío, permitirían pozos potenciales de acumulación de energía que luego se convertirían en planetas, estrellas, conejos, etc. Y aquí es donde se cuecen las habas, porque las estructuras creadas gracias a estos pozos potenciales corresponden al principal objetivo del JWST.
HACE UN RATITO (?)
Así llegamos al tercer momento de la teoría moderna del Big Bang, el destello y la formación de estructuras. Ese momento donde la luz se libera formando un mapa inicial donde se irán concentrando las galaxias. Previo al destello, aún no existe la materia como la conocemos, el universo es sólo un caldo de quarks y gluones (conocido como QGP: quark-gluon plasma), donde estas partículas fundamentales se encuentran sueltas en movimiento relativista sin llegar a formar la materia que nos conforma, o materia bariónica que le dicen. Recordemos que los quarks son unas partículas que pegadas entre sí con un par de gluones (así es, gluones viene de glue) forman varias de nuestras partículas favoritas como los protones y los neutrones. Durante este periodo, tuvo lugar un cambio denominado Bariogénesis, proceso que sigue sin ser comprendido del todo, donde los quarks se combinaron en bariones, produciendo la actual asimetría entre materia y antimateria. Este fenómeno en conjunto con un aumento del tamaño del universo produjo una drástica reducción de la temperatura que permitió lo que se conoce como Nucleosíntesis primordial en la que se cristalizaron no solamente las partículas subatómicas y los primeros núcleos de deuterio y helio, sino que también obtuvieron su forma actual las mismísimas fuerzas fundamentales de la física. Cuando se acabó el caos relativista y la densidad y temperatura del universo bajaron lo suficiente por la expansión, la radiación logró desacoplarse de los átomos abriéndose paso por el universo libremente como un gran flash. Y ¡boom! Como una gran fotografía quemada en el fondo del universo se produjo lo que hoy llamamos Fondo Cósmico de Microondas y constituye una de las mayores fuentes de conocimiento sobre las leyes que dominan nuestro mundo, sobre la naturaleza misma del tiempo y sobre la posibilidad de otros mundos que descubrir. Existen actualmente varios telescopios diseñados exclusivamente para observar el CMB, dos de ellos en tierra, el ACT en cerro Toco y el SPT en el polo sur. Dado que poseemos bastante información sobre el CMB, la misión del JWST consiste en otorgarle sentido para dar con una comprensión basta de cómo surgió el universo a partir del CMB. Entre la liberación del CMB y la formación de las primeras galaxias se encuentra una era opaca del universo llamada la Edad Oscura que se nos hace imposible observar puesto que no había luz estelar. Por lo tanto, la misión del JWST es captar los primeros resquicios de luz estelar que surgieron justo después de tal era con el fin de hablarnos sobre nuestro origen, sobre la formación de las primeras estrellas y galaxias, sobre cómo un plasma indiferenciado de partículas resultó en la compleja diversidad que caracteriza nuestro mundo actual.
¿No es esto muy específico?
No.
Hablando en serio, puede sonar muy estrecho “el telescopio está hecho para observar las primeras galaxias”, pero en astronomía usualmente tenemos misiones así de detalladas (¿les suena lanzar una sonda que va a llegar apenas a un cometa?) que además vemos que tienen otras observaciones importantes como corolario. Además, el JWST podrá estudiar planetas en nuestra Vía Láctea y sus atmósferas, dado que en el infrarrojo que observa se deben encontrar más indicadores de elementos relevantes para la vida con una técnica llamada espectroscopía de transmisión, donde vemos el paso de un planeta en frente de una estrella de manera distinta si la observamos en distintos filtros (¿has notado que en las radiografías te ves como si hubieras perdido peso?). Cuenta también con coronógrafos, que permiten tapar la luz de estrellas muy brillantes para ver su entorno e intentar encontrar planetitas.
Así que hoy, luego de este largo e intrincado recorrido, hemos de mirar con esperanza la misión iniciada por el JWST y desearle la mejor de las suertes.
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