Se trata de una ambiciosa misión de las agencias espaciales norteamericana, europea y canadiense (NASA/ESA/CSA), que incorpora importantes mejoras respecto a su predecesor, tanto a nivel tecnológico como de instrumentación, lo que permitirá a los científicos responder a las grandes cuestiones pendientes sobre el universo primigenio y realizar descubrimientos revolucionarios en todos los campos de la astronomía.

Con su espejo primario segmentado de 6,5 metros, el James Webb recogerá seis veces más luz que s u predecesor, el Hubble, cuyo espejo primario es de 2,5 metros. Otro aspecto importante es que mientras que el Hubble se desplaza en una órbita cercana, más o menos circular, a unos 570 km sobre la superficie terrestre, el James Webb no orbitará realmente la Tierra, sino el Sol, situándose a una distancia de 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, concretamente en el denominado punto de Lagrange L2 Tierra-Sol. En esa ubicación, contará con un escudo solar multicapa del tamaño de una cancha de tenis que bloqueará permanentemente la luz del Sol, la Tierra y la Luna; y mantendrá el telescopio y la instrumentación a temperaturas criogénicas para su correcto funcionamiento.

España, a través del Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) tiene una importante participación en esta misión, siendo uno de los pocos centros a nivel mundial que participan en dos de los cuatro instrumentos del James Webb (NIRSpec y MIRI). Además, la participación española en estos instrumentos ha estado liderada por dos investigadores del CSIC, Santiago Arribas (NIRSpec) y Luis Colina (MIRI).

El instrumento NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) es un espectrógrafo con una altísima sensibilidad, gracias al cual se puede descomponer y analizar la luz infrarroja (entre 0,6 y 5 micras de longitud de onda) con un gran detalle.

Esto permite a los investigadores derivar las propiedades físicas, determinar la composición química, y caracterizar los movimientos de los objetos astronómicos observados.

NIRSpec está especialmente diseñado para abordar los grandes objetivos científicos de la misión: la detección y caracterización de las primeras galaxias, y su transformación hasta el presente; los procesos que dan lugar a la formación de estrellas y los sistemas planetarios; y la caracterización de los exoplanetas y, en particular, la composición química y propiedades de sus atmósferas.

Investigadores españoles del CSIC participaron en el instrumento NIRSpec durante todas las fases de su desarrollo. En particular, Santiago Arribas, investigador del CSIC en el CAB y miembro del equipo científico de la ESA para el instrumento NIRSpec, contribuyó a los trabajos previos preparatorios de la participación europea en el James Webb y participó como miembro del equipo científico de NIRSpec desde su origen.

Arribas lideró uno de los programas científicos más extensos que se llevarán con este instrumento, y que tiene como finalidad estudiar, mediante espectroscopía 3D, la formación y evolución de las primeras galaxias y agujeros negros en el universo primigenio.

En cuanto a MIRI (Mid-Infrared Instrument), se trata del instrumento más sofisticado enviado al espacio para trabajar en el rango del infrarrojo térmico (longitudes de onda de 5 a 28 micras), y está compuesto por una cámara, un espectrógrafo y un coronógrafo. Será de diez a cien veces más sensible que su inmediato predecesor, y tendrá una resolución angular de 6 a 8 veces superior. Como señaló Luis Colina, investigador del CSIC en el CAB y uno de los co-investigadores principales europeos de MIRI, “la combinación de estas características hace que sea un instrumento único para el estudio de exoplanetas, para investigar la química de los discos alrededor de estrellas que dieron lugar a sistemas planetarios (los discos protoplanetarios), y para investigar la formación y evolución de galaxias desde los primeros tiempos de universo y a lo largo de su historia”.

La participación española en MIRI fue muy importante, pues desde 2001 se colabora en el desarrollo del instrumento y en su explotación científica. Los grupos de ingeniería del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), bajo la dirección de Lola Sabau, Eva Díaz, Ana Aricha, Tomás Belenguer, Luis Gonzalez, Inmaculada Figueroa y David Barrado, junto con la empresa de ingeniería LIDAX, desarrollaron el MTS (MIRI Telescope Simulator) hasta 2012. El simulador MTS fue el sistema óptico diseñado para simular la señal óptica del James Webb en condiciones de espacio profundo y que se utilizó para la caracterización de MIRI antes de su entrega a la NASA en la primavera de 2012.

El equipo científico de MIRI está formado por investigadores del CAB que participan en los equipos científicos europeos del instrumento. En concreto, el investigador del CSIC Luis Colina lidera el grupo que estudiará la formación y evolución de galaxias a distancias cosmológicas, la investigadora del CAB Almudena Alonso Herrero lidera el equipo que estudiará las regiones nucleares y agujeros negros en galaxias cercanas, y el investigador David Barrado participa en el grupo científico de caracterización de exoplanetas y discos protoplanetarios. Además, los investigadores del CAB Javier Álvarez y Álvaro Labiano están involucrados en los grupos científicos y en las labores de calibración y caracterización orbital de MIRI que tendrán lugar durante el primer semestre de 2022, coordinando y liderando varios de los programas de calibración del espectrógrafo.

Como señaló Arribas, “el telescopio James Webb nos va a permitir estudiar la época en la que surgieron los primeros objetos luminosos en el universo primigenio: las primeras estrellas, las primeras galaxias y los primeros agujeros negros. Además, nos ayudará a entender cómo las galaxias han evolucionado desde estas épocas tempranas en la historia del universo hasta el presente y, por tanto, cómo ha ido variando el ritmo de formación de estrellas en ellas, enriqueciendo el universo de elementos químicos”.

Por su parte, Colina explicó que “el principal objetivo del James Webb es explorar nuestros orígenes cósmicos: observará las primeras galaxias del universo, revelará el nacimiento de las estrellas y planetas y examinará los exoplanetas en busca de condiciones que favorezcan la vida”.