El telescopio James Webb es impactado de nuevo por un micrometeorito         

 

Por Matt Williams, Universe Today.

21 de julio de 2022.

Comparación de las alineaciones del espejo de Webb, tomadas del informe "Caracterización del rendimiento científico del JWST desde la puesta en servicio" (12 de julio de 2022). Crédito: NASA/ESA/CSA.

 

El mundo todavía se está recuperando del lanzamiento de las primeras imágenes del Telescopio Espacial James Webb (JWST). Estas proporcionaron una descripción general completa del tipo de operaciones científicas que Webb llevará a cabo durante su misión de 20 años. Incluyeron la mirada más sensible y detallada de algunos objetos astronómicos icónicos, espectros de la atmósfera de un exoplaneta y una vista de campo profundo de algunas de las galaxias más distantes del Universo. Desde su lanzamiento, también hemos podido vislumbrar objetos en el sistema solar capturados por los instrumentos infrarrojos de Webb.

 

Mientras tanto, la colaboración de JWST publicó un informe completo titulado "Caracterización del desempeño científico de JWST desde la puesta en marcha", en el que examinaron todo lo que Webb ha logrado hasta ahora y lo que anticipan a lo largo de la misión. Este documento apareció recientemente en línea y cubre todo, desde la navegación del telescopio y la orientación hasta el rendimiento de sus muchos instrumentos. Un dato interesante, que no se publicó anteriormente, es cómo Webb sufrió una serie de impactos de micrometeoritos, uno de los cuales causó un "cambio incorregible" en un segmento del espejo.

 

El equipo detrás de este estudio incluyó investigadores de las tres agencias espaciales participantes: la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA), y de las muchas agencias asociadas de la misión. Estos incluyen el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI), el Instituto Niels Bohr, el Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA), el Centro de Tecnología de Astronomía del Reino Unido (UK ATC), el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRCC), el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), el Centro de Astrobiología (CAB) y muchas empresas aeroespaciales, universidades, institutos de investigación y agencias en todo el mundo.

 

El documento que compilaron evalúa el desempeño del JWST durante el período de puesta en servicio de seis meses antes de que entrara en servicio el  12 de julio de 2022. Este consistió en caracterizar el desempeño en órbita del observatorio, el diseño y la arquitectura del JWST, y el desempeño previsto antes del lanzamiento. Estos se compararon luego con el rendimiento de la nave espacial, los telescopios, los instrumentos científicos y el sistema terrestre. La Sección 4 del Informe, Rendimiento óptico, aborda cómo funcionaron los diversos instrumentos de Webb durante el período de puesta en marcha.

 

El espejo principal del JWST consta de dieciocho segmentos hexagonales dispuestos en una configuración de panal. Cada segmento está compuesto de  berilio chapado en oro y todos están alineados para garantizar la mayor resolución y sensibilidad posibles. El rendimiento general se mide en términos de error de frente de onda (WFE), que se refiere a cómo la luz captada por los espejos del telescopio se desvía de la longitud de onda de luz esperada. La extensión general se determina calculando la desviación de la luz recolectada del error Root-Mean-Square (RMS), el promedio esférico de todo el frente de onda.

 

Esto se expresa matemáticamente usando las unidades de la longitud de onda particular, medida en nanómetros (nm) cuando se trata de longitudes  de onda infrarrojas. La Sección 4.7 aborda los impactos de micrometeoritos y su efecto potencial en el rendimiento óptico a largo plazo de Webb. La evaluación comienza recordando a los lectores que cualquier nave espacial inevitablemente encontrará micrometeoroides, luego enumera cómo se esperaban varios impactos durante el período de puesta en servicio:

 

"Durante la puesta en servicio, la detección del frente de onda registró seis deformaciones superficiales localizadas en el espejo primario que se atribuyen al impacto de los micrometeoroides. Estos ocurrieron a un ritmo (aproximadamente uno por mes) consistente con las expectativas previas al lanzamiento. Cada micrometeoroide causó una degradación en el frente de onda del segmento de espejo impactado, medido durante la detección de frente de onda regular. Parte de la degradación del frente de onda resultante se puede corregir a través del control de frente de onda regular; parte comprende términos de alta frecuencia espacial que no se pueden corregir".

 

Indican además que estos impactos de micrometeoritos se detectaron hasta ahora a través de la detección de frente de onda. Cinco de los seis impactos detectados tuvieron efectos insignificantes, contribuyendo a un total combinado de menos de 1 nanómetro al error de frente de onda general. Sin embargo, el impacto remanente, ocurrido entre el 22 y el 24 de mayo, provocó un "cambio significativo no corregible" en la cifra global del segmento C3. Este segmento está ubicado en el lado inferior derecho del espejo principal de Webb (visto desde el frente), y el efecto se ilustra en el Informe.

 

Afortunadamente, el efecto general fue pequeño, ya que solo se vio afectada una pequeña porción del área del telescopio. Los equipos de la misión  también realizaron dos pasos de realineación para corregir el impacto, lo que llevó la alineación del telescopio a un mínimo de 59 nm RMS, que es de 5 a 10 nm por encima de los mejores valores RMS de error de frente de onda anteriores. Los autores del Informe también continúan señalando que las "desviaciones y los niveles de estabilidad" en el telescopio generalmente dan como resultado una "contribución del telescopio" de entre 60 (mínimo) y 80 nm RMS, momento en el que generalmente se realiza el control del frente de onda.

 

También explican que en este momento se desconoce si el impacto de mayo de 2022 en el segmento C3 fue raro o algo que se espera que suceda con  frecuencia durante la misión de JWST. Como afirman, esto es esencial si los equipos de la misión JWST esperan determinar si el telescopio será más susceptible al daño de los micrometeoroides de lo que predijeron los modelos previos al lanzamiento:

 

"El equipo del proyecto está realizando investigaciones adicionales sobre la población de micrometeoritos, cómo los impactos afectan a los espejos de  berilio y las compensaciones de eficacia y eficiencia de posibles mitigaciones, como restricciones de señalización que minimizarían el tiempo dedicado a mirar en la dirección del movimiento orbital, que estadísticamente tiene micrometeoritos más altos”.

 

En resumen, el impacto en el segmento C3 generó preocupación entre los controladores de la misión. Pero la ventaja es que no fue nada que no  pudieran abordar y no se espera que afecte las operaciones científicas a largo plazo de Webb. Como resume el Informe:

 

"El resultado clave de seis meses de puesta en marcha es este: JWST es totalmente capaz de lograr los descubrimientos para los que fue construido.  JWST fue concebido para permitir avances fundamentales en nuestra comprensión de la formación y evolución de galaxias, estrellas y sistemas planetarios". "... ahora sabemos con certeza que lo hará. El telescopio y el conjunto de instrumentos han demostrado la sensibilidad, la estabilidad, la calidad de imagen y el rango espectral que son necesarios para transformar nuestra comprensión del cosmos a través de observaciones que van desde asteroides cercanos a la Tierra hasta los más galaxias lejanas".

 

Además, los autores del Informe concluyen que el desempeño del JWST ha sido mejor de lo esperado, casi en todos los ámbitos. En cuanto a la  alineación óptica de sus espejos, la función de dispersión de puntos, la estabilidad temporal de sus imágenes y el fino sistema de guía que apunta al observatorio, Webb ha superado las expectativas. También indican que los espejos son más limpios y que los instrumentos científicos generalmente han proporcionado un rendimiento total del sistema más alto que las expectativas previas al lanzamiento. Todo esto se suma a algunas valoraciones optimistas:

 

"En conjunto, estos factores se traducen en una sensibilidad sustancialmente mejor para la mayoría de los modos de instrumentos de lo que se  suponía en la calculadora de tiempo de exposición para la planificación de la observación del Ciclo 1, en muchos casos en decenas de por ciento. En la mayoría de los casos, JWST profundizará más rápido de lo esperado. Además , el JWST tiene suficiente propulsor a bordo para durar al menos 20 años".

 

La Colaboración JWST declaró que se presentarán más detalles en una serie planificada de documentos. Estos aparecerán en una edición especial de  Publicaciones de la Sociedad Astronómica del Pacífico (PASP) dedicada al JWST.

 

Fuente:

https://phys.org/news/2022-07-webb-telescope-micrometeorite-mirrors.html