Esta semana comenzó el proceso que durará tres meses para alinear el telescopio James Webb, lanzado en Navidad de 2021. Los miembros del equipo comprobaron cómo los primeros fotones de luz estelar que viajaron a través de todo el telescopio fueron detectados por el instrumento Near Infrared Camera (NIRCam). Este hito marca el primero de muchos pasos para ajustar progresivamente el objeto, utilizando imágenes que se observan inicialmente desenfocadas. Hasta el momento, los primeros resultados coinciden con las expectativas y las simulaciones.
En ese sentido, ingenieros y científicos de la
NASA usarán los datos tomados con la NIRCam para alinear progresivamente el telescopio. El equipo ha simulado y ensayado el proceso muchas veces y ahora está listo para hacerlo con el Webb.
El proceso se llevará a cabo en siete fases durante los próximos tres meses, culminando con el telescopio completamente alineado y listo para la puesta en servicio. Las imágenes tomadas por el Webb durante este período no serán buenas como las que el telescopio revelará a finales de setiembre, pues sirven estrictamente para preparar al Webb.
Para trabajar conjuntamente como si fuese un solo espejo, los 18 segmentos del espejo primario del telescopio deben coincidir entre sí en una fracción de longitud de onda de luz, aproximadamente 50 nanómetros. Para poner esto en perspectiva, si el espejo principal de Webb fuera del tamaño de EE.UU., cada segmento tendría el tamaño de Texas, y el equipo tendría que alinear la altura de esos segmentos entre sí con una precisión de aproximadamente 38 milímetros.
Así, los pasos en el proceso de puesta en marcha son los siguientes:
1. Identificar la imagen del segmento: primero, se necesita alinear el telescopio en relación con la nave espacial. El transporte es capaz de realizar movimientos de apuntamiento extremadamente precisos, utilizando “seguidores de estrellas”, que son como un GPS para naves espaciales. Al principio, la posición de la nave con respecto a los datos de los rastreadores de estrellas no coincide con la posición de cada uno de los segmentos del espejo.
Actualmente, los científicos están apuntando el telescopio a una estrella brillante y aislada (HD 84406) para capturar una serie de imágenes, unirlas y formar una fotografía completa de este sector del cielo. El reto es que no hay un solo espejo mirando esta estrella; sino 18 espejos, cada uno de los cuales está inicialmente inclinado hacia una parte diferente del cielo. Como resultado, se capturarán 18 copias ligeramente desplazadas de la estrella, cada una fuera de foco y distorsionada de manera única. Cada una de estas copias estelares iniciales son las “imágenes de segmento”. De hecho, dependiendo de las posiciones iniciales de los espejos, pueden ser necesarias múltiples iteraciones para orientar los 18 segmentos en una imagen.
Uno por uno, se moverán los 18 segmentos del espejo. Después de hacerlos coincidir con sus respectivas imágenes, se inclinarán los espejos para acercar todas las imágenes a un punto común para un análisis posterior. Este proceso se denomina “matriz de imágenes”.
2. Alineación de segmentos: una vez que se tenga la matriz de imágenes, se podrá realizar la alineación de segmentos, que corrige la mayoría de los grandes errores de posicionamiento de los segmentos del espejo.
Este proceso empieza desenfocando las imágenes de los segmentos, moviendo ligeramente el espejo secundario. Se aplica un análisis matemático a las imágenes desenfocadas, para determinar con precisión los errores de posicionamiento de los segmentos. Los ajustes de los segmentos dan como resultado 18 “telescopios” bien corregidos. Sin embargo, los segmentos aún no funcionan juntos como un solo espejo.
3.
Apilamiento de imágenes: para poner toda la luz en un solo lugar, cada segmento de imagen debe apilarse uno sobre otro. En el paso de apilamiento de imágenes, se moverán las imágenes de segmentos individuales para que caigan precisamente en el centro del campo y producir así una imagen unificada. Este proceso prepara el
telescopio para la puesta en fase gruesa.
4. Ajuste grueso: aunque el apilamiento de imágenes pone toda la luz en un solo lugar en el detector, los segmentos siguen actuando como 18 telescopios pequeños en lugar de uno grande. Los segmentos deben alinearse entre sí con una precisión menor que la longitud de onda de la luz.
Por ello, el ajuste grueso mide y corrige el desplazamiento vertical (diferencia de pistón) de los segmentos del espejo. Usando una tecnología conocida como detección de franjas dispersas, se usará la NIRCam para capturar espectros de luz de 20 pares separados de segmentos de espejo. El espectro se asemejará a un patrón de barra con un ángulo determinado por la diferencia en el pistón de los dos segmentos en el emparejamiento.
5. Fase fina: esta fase, como la anterior, se lleva a cabo tres veces, directamente después de cada ronda de la fase anterior, y luego de manera rutinaria durante la vida útil de Webb. Estas operaciones miden y corrigen los errores de alineación restantes, utilizando el mismo método de desenfoque aplicado durante la alineación de segmentos. Sin embargo, en lugar de usar el espejo secundario, se usan elementos ópticos especiales dentro del instrumento científico, que introducen cantidades variables de desenfoque para cada imagen.
6.
Alineación del telescopio sobre los campos de visión del instrumento: después de la fase fina, el
James Webb estará bien alineado en el campo de visión de la NIRCam. Pero se necesita extender la alineación al resto de los instrumentos.
En esta fase del proceso de puesta en marcha, se harán mediciones en múltiples ubicaciones, o puntos de campo, en cada uno de los instrumentos científicos. Cuanta más variación haya en la intensidad indicará errores más grandes en ese punto de campo. Un algoritmo calcula las correcciones finales necesarias para lograr un telescopio bien alineado en todos los instrumentos científicos.
7. Iterar la alineación para la corrección final: después de aplicar la corrección del campo de visión, la clave que queda por abordar es la eliminación de cualquier pequeño error de posicionamiento residual en los segmentos del espejo primario. Se hacen correcciones usando el proceso de fase fina, luego una verificación final de la calidad de la imagen en cada uno de los instrumentos científicos y, tras ello, el proceso de detección y control del frente de onda estará completo.
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Publicado: 9/2/2022