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La NASA seleccionó a PRIMA (PRobe far-Infrared Mission for Astrophysics), un nuevo telescopio espacial diseñado para estudiar una parte del universo que los observatorios actuales no pueden explorar completamente. La especialidad de este nuevo observatorio será observar el infrarrojo lejano, una forma de radiación invisible para el ojo humano que permite detectar regiones frías y cubiertas por polvo cósmico. La misión buscará responder preguntas relacionadas con el nacimiento de los planetas y las estrellas, la evolución de las galaxias y sus agujeros negros y la distribución de agua y elementos químicos a lo largo de la historia del universo. NASA acaba de seleccionar el proyecto para avanzar hacia una nueva etapa de desarrollo, con el objetivo de lanzar el observatorio en 2033.
El desarrollo de un telescopio como PRIMA es muy importante por lo que implica observar el universo en diferentes longitudes de onda. Un telescopio convencional registra luz visible, mientras que otros instrumentos están preparados para detectar rayos X, radiación ultravioleta, infrarroja o señales de radio. Cada región permite observar fenómenos distintos.
El infrarrojo lejano, que en PRIMA abarcará longitudes de onda entre 24 y 235 micrómetros, resulta especialmente útil para estudiar material relativamente frío y regiones ocultas detrás de grandes cantidades de polvo. Ese polvo absorbe buena parte de la luz visible y ultravioleta procedente de estrellas jóvenes y otros objetos, pero luego vuelve a emitir esa energía en forma de radiación infrarroja. Por eso, observar en estas frecuencias permite investigar lugares que pueden resultar prácticamente invisibles para otros telescopios.
PRIMA ocupará además un espacio de observación situado entre telescopios infrarrojos como el Telescopio Espacial James Webb y radiotelescopios como ALMA.
Características técnicas y capacidades
El observatorio estará construido alrededor de un gran telescopio de 1,8 metros de diámetro. Pero, además de su tamaño, una característica destacable del espejo es su temperatura: PRIMA deberá mantener el telescopio a unos 4,5 kelvin, equivalentes a -269 °C.
La razón es que cualquier cuerpo con cierta temperatura emite su propia radiación infrarroja. Si el telescopio estuviera más caliente, esa emisión podría mezclarse con las débiles señales procedentes del espacio y dificultar las mediciones. Al enfriarlo hasta temperaturas cercanas al cero absoluto, los instrumentos podrán distinguir fuentes extremadamente débiles con mucha mayor sensibilidad.
El diseño prevé además llevar a PRIMA hasta las proximidades del punto de Lagrange L2 del sistema Sol-Tierra, situado a alrededor de 1,5 millones de kilómetros de nuestro planeta. Es la misma región utilizada por el James Webb y varios otros telescopios espaciales modernos, y ofrece condiciones favorables para mantener estable la temperatura del observatorio y protegerlo de gran parte de la radiación térmica procedente del Sol, la Tierra y la Luna.
Un telescopio, dos instrumentos principales
Para realizar sus observaciones, PRIMA contará con dos instrumentos científicos principales que cumplen funciones diferentes. El primero será FIRESS (Far-InfraRed Enhanced Survey Spectrometer) un espectrómetro que cubrirá prácticamente toda la banda de observación del telescopio. Un espectrómetro no se limita a registrar cuánto brilla un objeto, sino que separa la radiación según su longitud de onda, de manera similar a cómo un prisma divide la luz blanca en diferentes colores. En esas divisiones aparecen líneas características que permiten identificar átomos y moléculas y conocer propiedades físicas del material observado.
FIRESS podrá realizar mapas espectroscópicos de grandes regiones y también estudiar fuentes concretas con alta resolución espectral. Esto permitirá analizar la composición química, temperatura, movimiento y otras propiedades del gas presente en galaxias, regiones de formación estelar y discos alrededor de estrellas jóvenes.
El segundo instrumento será PRIMAger, una cámara especialmente diseñada para generar mapas extensos del cielo en infrarrojo lejano. Entre 24 y 84 micrómetros podrá obtener imágenes hiperespectrales, es decir, registrar una misma región en numerosas bandas de longitud de onda para conocer cómo cambia su emisión. En longitudes de onda mayores también podrá realizar polarimetría, una técnica que estudia la orientación de las ondas electromagnéticas. Esa información permite, por ejemplo, investigar la estructura del polvo interestelar y cómo está organizado por los campos magnéticos.
Tanto FIRESS como PRIMAger emplearán detectores superconductores conocidos como KID, o detectores de inductancia cinética. Estos sensores trabajarán a alrededor de 100 milikelvin, apenas una décima de grado por encima del cero absoluto, y están preparados para detectar cantidades extremadamente pequeñas de energía procedentes de fuentes astronómicas muy lejanas.
La combinación de estas capacidades permitirá abordar desde un mismo observatorio fenómenos que ocurren en escalas muy diferentes. PRIMA estudiará discos de gas y polvo alrededor de estrellas jóvenes para conocer la cantidad de material disponible para formar planetas y buscar moléculas relacionadas con el agua. También podrá rastrear elementos como carbono, nitrógeno, oxígeno y neón, fundamentales para reconstruir la evolución química del universo.
A escalas mucho mayores, sus observaciones permitirán investigar galaxias cubiertas por polvo y estudiar cómo la formación de estrellas y el crecimiento de los agujeros negros centrales evolucionaron durante miles de millones de años. Parte de la energía generada por esos procesos queda escondida para los telescopios ópticos, pero puede aparecer con claridad en el infrarrojo lejano.
La nueva serie de misiones Probe Explorers
PRIMA será además el primer proyecto seleccionado dentro de una nueva categoría de misiones de astrofísica de NASA denominada Probe Explorers, concebida para ubicarse entre las misiones Explorer de menor escala y los grandes observatorios estratégicos como Hubble o James Webb.
La selección actual, en concreto, implica que el proyecto ingresará en la Fase B, destinada a completar el diseño preliminar y desarrollar las tecnologías necesarias, antes de una futura revisión que determinará si puede pasar a la fase de implementación. Si supera ese proceso, NASA estableció un costo máximo de proyecto de US$ 1.200 millones, sin incluir el lanzamiento y otros gastos externos, y una misión científica inicial de cinco años.
El 75% del tiempo de observación está previsto para proyectos propuestos por la comunidad científica y el 25% restante para el programa principal de la misión. Con participación de instituciones estadounidenses y socios internacionales, PRIMA busca recuperar una capacidad que hoy falta en la astronomía espacial: observar de manera sistemática y con alta sensibilidad el universo frío y oculto que emite principalmente en el infrarrojo lejano.
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