Imagen de la estrella 2MASS J17554042+6551277 tomada por James Webb en su proceso de calibraciónYa tenemos la primera imagen del universo proporcionada por el Telescopio Espacial James Webb (JWST), y muestra ocho puntos.Esta es la imagen más profunda del universo primitivo en el rango infrarrojo, tomada el 7 de junio de 2022, tras doce horas y media de exposición.Crédito, NASA, ESA, CSA, STScIPrimera imagen del Universo profundo tomada por el Telescopio Espacial James Webb en el rango infrarrojoEn primer plano, vemos las galaxias del cúmulo SMACS 0723, ubicado a 4200 millones de años luz de distancia.También vemos formas distorsionadas de galaxias más distantes (y hasta ahora desconocidas) justo detrás del cúmulo, cuya luz ha sido desviada por la lente gravitatoria de SMACS 0723.Ante una imagen tan inédita, podemos hacernos las siguientes preguntas: ¿cómo es capaz James Webb de obtener tales imágenes?¿Por qué se registra una imagen de estrella de ocho puntas cuando se ve un objeto como una estrella?Respondamos a estas preguntas observando más de cerca la óptica de este asombroso telescopio espacial.Fin de los materiales recomendadosLa formación de una imagen puede entenderse como un proceso simple en el que la luz proveniente de un objeto se proyecta sobre un plano.Para hacer la correspondencia entre el objeto y el plano se necesita un sistema óptico que, en el caso de los telescopios más sencillos, se compone de dos elementos: ocular y objetivo.Su finalidad es permitir un correcto enfoque del objeto.En el caso de la imagen digital (como hacemos con nuestros teléfonos móviles), esta luz es captada por un sensor cuyo objetivo es transformar la energía luminosa en una imagen digital.Generalmente, distinguimos entre los sensores tradicionales basados ​​en dispositivos de carga acoplada (CCD) y los formados por semiconductores de óxido metálico (CMOS).Crédito, Amabilidad O. del Barco Novillo y FJ Ávila GómezFoto sensores para imágenes digitales CCD (izquierda) y CMOS (derecha)El equipo de BBC News Brasil les lee algunos de sus mejores reportajesEn este sentido, el Telescopio Espacial James Webb incorpora cuatro instrumentos clave basados ​​en sensores ópticos para observar el cosmos en infrarrojo:1. MIRI (Instrumento de observación de infrarrojo medio): cubre un rango de longitud de onda de cinco a 28 micrones.Permitirá la observación de galaxias lejanas y estrellas en formación.2. NIRCam (Near Infrared Observation Camera): Esta cámara permitirá la observación de los objetos más distantes en el espacio, en el rango de espectro de 0,6 a 5 micras.3. NIRSpec (espectrómetro de infrarrojo cercano): es el único instrumento que no contiene una cámara y podrá analizar las diferentes longitudes de onda de fuentes de emisión muy distantes.Puedes observar 100 objetos al mismo tiempo.4. FGS/NIRISS (Alignment Sensors and Near Infrared Imaging): permitirá alinear correctamente el telescopio para obtener imágenes de alta calidad, especialmente para la detección y caracterización de exoplanetas en el rango de 0,8 a 5 micras.Los instrumentos JWST están alojados en un módulo detrás del espejo principal, en el lado frío del telescopio (protegido por el enorme protector solar del tamaño de una cancha de tenis)Cuando James Webb registra una imagen de una estrella, la difracción de la luz (debido a la geometría hexagonal del espejo principal del telescopio) es la causa de un patrón típico en forma de "estrella de ocho puntas".Pero, ¿en qué consiste exactamente este fenómeno óptico de difracción?La definición es sencilla, aunque su tratamiento matemático puede resultar bastante complejo.La difracción es la desviación en la propagación rectilínea de las ondas (en nuestro caso, las ondas de luz) cuando atraviesan una abertura o los bordes de un obstáculo.Como ejemplo general, en esta animación se puede ver cómo las oscilaciones del agua (que viene de la derecha) son difractadas por una pequeña abertura, cambiando su dirección de propagación.Este fenómeno es más evidente cuando las dimensiones del objeto difractado son menores o iguales a la longitud de onda de las oscilaciones.Crédito, Amabilidad O. del Barco Novillo y FJ Ávila GómezEl fenómeno de difracción es más evidente cuando el tamaño de la apertura es más pequeño que la longitud de onda.Observada y descrita por primera vez en el siglo XVII por el astrónomo italiano Francesco María Grimaldi, la difracción de la luz es una clara manifestación de la teoría ondulatoria de las ondas luminosas defendida, entre otros, por Christian Huygens, Thomas Young y Agustin Fresnel (en oposición a la teoría corpuscular de la luz) de Isaac Newton).En la vida cotidiana se pueden observar muchos fenómenos de difracción: si miramos un poste de noche a través de una mosquitera (formada por una malla cuadrada), podemos ver una especie de cruz.Cuando iluminamos un disco compacto con luz blanca, apreciamos una amplia gama de colores.Crédito, Amabilidad O. del Barco Novillo y FJ Ávila GómezLa difracción típica al ver un poste de luz a través de una malla cuadrada y la difracción que produce un disco compacto debido a su estructura microscópicaLa difracción no solo depende del tamaño de la apertura o del obstáculo de difracción, sino que también tiene una influencia significativa en la geometría.En el caso de un telescopio espacial de tipo reflector, la mayor carga difractiva se debe al espejo primario.En estos espejos de geometría circular, el patrón de difracción consiste en una serie de círculos concéntricos, siendo el central el de máxima intensidad (también llamado "disco de aire").Para geometrías cuadradas, la imagen de difracción está formada por una cruz.En este caso, la geometría hexagonal del espejo primario del telescopio genera una imagen de difracción de estrella de seis puntas.Dependiendo de la geometría del espejo primario, el patrón de difracción consistirá en círculos concéntricos (circular), una cruz (cuadrado) y estrellas de 6 puntas (hexagonal).Entonces, ¿qué sucede con la imagen de la estrella de ocho puntas registrada por James Webb?La clave está en los puntales del espejo primario, que también contribuyen a la difracción del telescopio.Como consecuencia, aparecen dos puntos horizontales que se cruzan con los 6 mencionados anteriormente.El efecto de los soportes de los espejos primarios en la imagen de difracción del JWSTPor tanto, las imágenes estelares registradas por su antecesor, el Telescopio Espacial Hubble (con un espejo primario casi circular), presentan imágenes de estrellas con cuatro puntas (teniendo en cuenta su geometría y sus soportes) y no con ocho, como James Webb.Comparación de la misma zona del espacio profundo realizada por JWST (imágenes de estrella de 8 puntas) y Hubble (de 4 puntas)Observar el universo más profundo equivale a estudiar el universo más antiguo y primitivo, justo cuando se estaban formando las primeras galaxias.No es solo que mirando la imagen del cúmulo de galaxias SMACS 0723 encontramos galaxias nuevas y desconocidas: estamos entrando en los primeros momentos del universo.La luz infrarroja detectada por James Webb tardó 13.000 millones de años en llegar (la edad del universo es de unos 13.700 millones de años).Se sabe que los científicos de la NASA que tuvieron acceso a estas primeras imágenes quedaron conmovidos por su calidad y belleza.Será solo un primer paso en el progreso de la observación del cosmos.Sin duda, las próximas capturas de James Webb nos seguirán emocionando, al menos tanto como la primera.*Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.Puedes leer la versión original (en español) aquí.Oscar del Barco Novillo es profesor asociado en el área de Óptica de la Universidad de Murcia (España).Francisco Javier Ávila Gómez es profesor ayudante, doctor en física aplicada (óptica) en la Universidad de Zaragoza (España).¿Sabías que la BBC también está en Telegram?Suscríbete al canal.¿Has visto nuestros nuevos videos en YouTube?¡Suscríbase a nuestro canal!© 2022 BBC.La BBC no es responsable del contenido de los sitios web externos.Lea acerca de nuestra política con respecto a los enlaces externos.