LUVOIR: un telescopio espacial gigante para estudiar el Universo

Por Daniel Marín

¿Te imaginas poder ver directamente otra Tierra situada a varios años luz? El proyecto de telescopio espacial gigante LUVOIR es el sueño de cualquier astrónomo. Qué digo, es el sueño de cualquier persona aficionada a la ciencia o simplemente cualquiera con un poco de curiosidad sobre lo que hay fuera de nuestro minúsculo e insignificante planeta. LUVOIR es una propuesta de telescopio espacial que, de ser aprobado, despegaría en 2039 como la próxima misión Flagship —o sea, de alto presupuesto— de la división de astrofísica de la NASA tras el telescopio James Webb. El telescopio espacial Hubble (HST) ha revolucionado prácticamente todas las ramas de la astrofísica desde que fue lanzado en 1990 a pesar de tener un espejo primario de tan solo 2,4 metros. Pero, desgraciadamente, llegará el día —esperemos que sea más tarde que pronto— en el que el Hubble dejará de funcionar. En 2021 debe despegar —crucemos los dedos— el telescopio James Webb (JWST). Con un espejo-origami de 6,5 metros, promete ver más allá —literalmente— que el Hubble. No obstante, el JWST pero no es exactamente el sucesor del HST.

Telescopio espacial LUVOIR-A (LUVOIR).

El JWST observará en el infrarrojo medio, mientras que el Hubble ve el cielo en el ultravioleta, el visible y el infrarrojo cercano. El futuro telescopio WFIRST, con un espejo primario similar al Hubble, también observará el visible, pero se centrará sobre todo en el estudio de la energía y materia oscuras. Por lo tanto, hace falta un telescopio espacial que sea un digno heredero del Hubble y, sobre todo, que también pueda observar en el ultravioleta, una región del espectro que no podemos estudiar desde la superficie terrestre por culpa de nuestra atmósfera. La respuesta es el telescopio LUVOIR (Large UV/Optical/InfraRed Surveyor) uno de los candidatos a ser el gran telescopio espacial de la NASA para los años 40 del siglo XXI.

Versión LUVOIR-A, de 15 metros (LUVOIR).

Versión LUVOIR-B, de 8 metros (LUVOIR).

Comparativa de los dos diseños (LUVOIR).

LUVOIR-A y B (LUVOIR).

Ópticas de LUVOIR-A y B (LUVOIR).

LUVOIR comparado con el Hubble y el James Webb (LUVOIR).

Sin embargo, LUVOIR no está solo. Compite con otras tres propuestas de grandes telescopios espaciales: HabEx, Lynx y OST. Y, desgraciadamente, solo puede quedar uno puesto que el presupuesto de la división astrofísica de la NASA es muy limitado. Los investigadores de estos proyectos deben afinar sus propuestas si quieren que la NASA les seleccione como misión candidata a ser lanzada a finales de los años treinta. Como consecuencia, el equipo de LUVOIR ha presentado hoy su informe final para defender su propuesta. La principal novedad es que, contra todo pronóstico, el equipo de LUVOIR no se ha decidido y sigue presentando dos opciones para el telescopio en función del presupuesto disponible. La versión más grande, denominada LUVOIR-A, usaría un espejo segmentado de 15 metros de diámetro (!) y la otra, LUVOIR-B, de 8 metros. El espejo de LUVOIR-A tendría 120 segmentos hexagonales (!!), mientras que el de LUVOIR-B ‘solo’ dispondría de 55. Ambos diseños emplean la tecnología del James Webb, con espejos segmentados plegables y varias capas de material aislante para mantener una temperatura estable en los instrumentos (a diferencia del James Webb, que requiere una temperatura cercana al cero absoluto, los sensores de LUVOIR funcionarán a una temperatura alrededor de 0 ºC). Como ya es habitual en los telescopios espaciales, LUVOIR estaría situado en el punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol, en una órbita de halo a 1,5 millones de kilómetros de nuestro planeta.

Así vería LUVOIR-A el sistema solar a una distancia de 41 años luz (LUVOIR).

Diferencia de los distintos espejos (LUVOIR).

LUVOIR-A (LUVOIR).

LUVOIR-B (LUVOIR).

La elección de tamaños no es casual. LUVOIR-A ha sido diseñado teniendo en cuenta el tamaño y masa máxima que podrá lanzar el futuro cohete SLS Block 2 de la NASA, dotado de una cofia de 8,4 metros de diámetro. El LUVOIR-B, por contra, cabe en una cofia de 5 metros de diámetro, el tamaño máximo disponible actualmente. LUVOIR-A tendría una masa de entre 28 y 37 toneladas, mientras que LUVOIR-B llegaría a tener entre 15 y 21 toneladas. Eso significa que LUVOIR-A solo podría ser lanzado por un cohete que, como mínimo, fuese tan potente como el SLS Block 1B de la NASA. La única alternativa posible al SLS a la hora de lanzar cualquiera de las dos versiones de LUVOIR sería la Starship de SpaceX en su versión de carga. Por otro lado, el New Glenn de Blue Origin sí que podrá lanzar el LUVOIR-B, la versión más pequeño, aunque no el LUVOIR-A.

El SLS y LUVOIR en configuración de lanzamiento dentro de la cofia (LUVOIR).

La Starship podría lanzar el LUVOIR (LUVOIR).

Posibles lanzadores del LUVOIR (LUVOIR).

Dependiendo de si el diseño final es LUVOIR-A o B, este telescopio espacial podría descubrir entre 576 y 648 exoplanetas no habitables y entre 28 y 54 exotierras candidatas a ser estudiadas en detalle en busca de biomarcadores. Es importante resaltar que, gracias a su brutal sensibilidad, LUVOIR será capaz de ver directamente planetas potencialmente habitables alrededor de otras estrellas y obtener espectros de sus hipotéticas atmósferas mediante el uso del coronógrafo/espectrógrafo ECLIPS. Gracias al amplio rango de longitudes de onda observadas, LUVOIR podrá buscar la presencia de oxígeno y/o ozono en la atmósfera de las exotierras. También será capaz de buscar otros biomarcadores como agua, metano o dióxido de carbono. Al fin y al cabo, la Tierra solamente ha tenido la composición atmosférica actual hace poco tiempo en proporción a su historia. Durante muchos eones nuestro planeta fue más bien un punto naranja pálido en vez de un punto azul pálido.

Simulación del espectro de la atmósfera terrestre visto por LUVOIR (LUVOIR).

Exoplanetas que podrá estudiar LUVOIR directamente (LUVOIR).

Evolución del espectro de la atmósfera terrestre (LUVOIR).

La luz zodiacal del sistema solar vista a años luz de distancia (LUVOIR).

LUVOIR verá algunos exoplanetas como puntos, pero esta imagen artística de la variedad exoplanetaria mola mucho (M. Vargic).

LUVOIR también buscará y estudiará exoplanetas mediante el método del tránsito —en estos mundos podrá obtener espectros de transmisión de sus atmósferas—, el método de la velocidad radial y mediante astrometría. Y no solo exoplanetas. Los mundos de nuestro sistema solar se podrán ver con un detalle exquisito, especialmente con LUVOIR-A. Desde auroras en Marte hasta el estudio de los objetos transneptunianos, pasando por las atmósferas de los planetas gigantes o los chorros de Encélado y, quizá, Europa. LUVOIR será un gran ojo que nos mantendrá alerta de los cambios en nuestro sistema solar y estudiará en detalle cientos de cuerpos menores de toda clase.

Plutón visto por LUVOIR (LUVOIR).

Neptuno visto por LUVOIR (LUVOIR).

LUVOIR observando el sistema solar (LUVOIR).

Por supuesto, LUVOIR será una plataforma astrofísica generalista y también estudiará todo tipo de fenómenos y objetos celestes: regiones de formación estelar, galaxias, expansión del universo, materia y energía oscuras, etc. Para ello usará otros tres instrumentos además del coronógrafo ECLIPS: la cámara HDI, el espectrógrafo LUMOS y el espectropolarímetro POLLUX (POLLUX es una contribución europea liderada por Francia que solo serviría para la versión más grande, LUVOIR-A).

Sensibilidad y rango espectral de LUVOIR comparado con otros telescopios (LUVOIR).

Capacidad de LUVOIR para ver galaxias débiles y lejanas (LUVOIR).

Una galaxia cercana vista por LUVOIR (LUVOIR).

Instrumentos de LUVOIR (LUVOIR).

El proyecto LUVOIR es tan impresionante que lo complicado es no aprobarlo, pero también se trata de un proyecto tan caro, complejo y costoso que no lo va a tener nada fácil para salir adelante. LUVOIR-A saldría entre 13 y 16 mil millones de dólares, mientras que LUVOIR-B costaría entre 8 y 10 mil millones. Sin duda, muchísimo dinero. En cualquier caso, e incluso si es aprobado, habría que esperar hasta 2039 para verlo en el espacio. ¿Seremos capaces de aguantar tanto tiempo?

Fuente: danielmarin.naukas.com