El telescopio espacial Nancy Grace Roman: la nueva frontera de la astrofísica de la NASA

Un cohete Falcon Heavy de SpaceX tiene previsto despegar hoy domingo, a las 13.26 hora peninsular española, con un pasajero singular a bordo: el telescopio espacial Nancy Grace Roman, la próxima gran misión astrofísica de la NASA y uno de los hitos que marcarán la historia de la observación del universo (si el tiempo lo permite: ayer sábado había un 50% de posibilidades de lanzamiento). “Nos permitirá responder a dos de las preguntas más importantes de nuestra especie”, dijo ayer en rueda de prensa Nicky Fox, administradora de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA. “¿De qué está hecho el universo? y ¿estamos solos en él?“, añadió. Porque Roman no busca ver más lejos que sus predecesores, sino ver más. Mucho más.

La distinción no es anecdótica. Roman tiene un espejo principal de 2,4 metros, idéntico en tamaño al del mítico telescopio Hubble, y una resolución comparable. Pero ahí terminan los parecidos de familia. Su campo de visión es al menos cien veces mayor, lo que significa que una sola de sus imágenes contendrá tanto detalle como cien fotografías del Hubble juntas. Sus responsables lo han resumido con una imagen muy gráfica: no existe una pantalla en el mundo lo bastante grande para mostrar una de sus instantáneas completas. Otra comparación, más doméstica, lo sitúa en el equivalente a 500.000 televisores 4K puestos en fila.

Una vez operativo, el Roman generará unos 500 terabytes de datos al año, más de lo que el Hubble ha acumulado en sus 35 años de incansable servicio a la humanidad. Su misión durará cinco años, ampliables a otros cinco. “Vamos a mirar el universo de otra manera”, dijo ayer Julie McEnery, científica principal del proyecto. “Ya solo por eso, el Roman es una revolución”, añadió.

Begoña Vila, ingeniera española de sistemas en el Centro Goddard de la NASA y corresponsable de las operaciones del Sensor de Guiado Fino de Roman, lo resume de otra forma, en conversación con este diario: “Este campo de vista es 100 o 200 veces más amplio que el que tenemos hasta ahora con Hubble y Webb. Claramente, estará mirando partes del universo que no hemos visto hasta ahora”.

El truco no está en mirar más profundo, sino más ancho. El Roman puede observar un área enorme del cielo, comparado con el Hubble y también el otro gran telescopio espacial de la NASA, el James Webb.

Roman y Webb, de hecho, serán vecinos: ambos operarán desde el punto de Lagrange L2, a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, donde la gravedad conjunta del Sol y la Tierra permite mantener una órbita estable mientras se bloquea buena parte de su luz.

Vila, que lleva vinculada al telescopio Webb desde 2006 y a Roman desde 2022, lo explica con un ejemplo de sus dos misiones: “El Webb puede mirar con mucho detalle, en el infrarrojo, partes pequeñas del universo, y mostrarnos los primeros objetos que se formaron y cómo cambiaron con el tiempo. Roman mira en esa misma longitud de onda, pero con un campo cien veces mayor: es un telescopio de sondeo, que hace imágenes amplias y se va moviendo de una zona a la siguiente. Nos va a dar esa visión general de la estructura del universo, y va a volver regularmente a observarla, así que vamos a ver las cosas que cambian. Lo interesante que encontremos, luego Webb y Hubble lo pueden observar con mucho más detalle”.

Roman sigue también la tradición de Webb de ser bautizado con el nombre de un personaje ilustre en la historia de la NASA. En este caso, Nancy Grace Roman (1925-2018), la primera jefa de Astronomía de la agencia y la primera mujer en ocupar un puesto ejecutivo en la agencia, apenas seis meses después de su fundación en 1959. La Universidad de Chicago le había negado antes una plaza fija por ser mujer. En la NASA, fue la principal impulsora de que el Congreso estadounidense aprobara la construcción del telescopio espacial Hubble. Y llegó a instruir personalmente al astronauta Buzz Aldrin sobre objetos celestes antes del viaje en el que pisaría la Luna.

Dos misterios, un telescopio

La misión principal del Roman consiste en aprovechar su enorme capacidad de observación para responder a las dos grandes preguntas que llevan décadas intrigando a la astrofísica: qué es la materia oscura y qué es la energía oscura.

La materia oscura constituye alrededor del 85% de toda la materia del universo, pero nadie la ha visto nunca directamente: se detecta solo por su influencia gravitacional sobre lo que sí es visible. La energía oscura, mientras, es el nombre que los científicos dan a la fuerza que hace que el universo se expanda de forma acelerada. Y de esta se sabe todavía menos. “La palabra oscura quiere decir que no sabemos lo que es”, resume Vila. “A mí me parece increíble que ambas constituyan el 95% de lo que hay ahí fuera: la materia de la que estamos hechos y las energías que conocemos son solo un 5%”.

Para resolver ambos misterios, Roman llevará a cabo un enorme sondeo, que cubrirá más de 5.000 grados cuadrados del cielo ―cerca del 12% del total― y captará más de mil millones de galaxias en año y medio. Usará una técnica llamada “lente gravitacional débil”: cada vez que la luz de una galaxia lejana atraviesa el universo hasta llegar a nosotros, su trayectoria se curva ligeramente al cruzar estructuras de materia oscura. Comparando esas distorsiones en millones de galaxias, los científicos pueden reconstruir el mapa invisible que conecta y envuelve las galaxias visibles.

A esto se suma la caza de decenas de miles de supernovas, que servirán para medir con precisión la velocidad de expansión del universo en distintas épocas de su historia. La combinación de ambas técnicas debería permitir medir la evolución de la energía oscura con una precisión diez veces mayor que la actual.

La urgencia no es solo teórica. En los últimos años han aparecido tres grietas incómodas en el modelo cosmológico estándar: el universo parece expandirse más rápido de lo que predicen los modelos, la materia está distribuida de forma más uniforme de lo esperado, y el instrumento DESI, en Arizona, ha encontrado indicios de que la propia energía oscura podría estar debilitándose con el tiempo. “Resulta un tanto intrigante, porque hay indicios de que algo anda muy mal”, ha reconocido Julie McEnery. Para ella, lo que está en juego no es un dato aislado, sino algo más profundo: “No estamos comprendiendo cómo funciona fundamentalmente el espacio en el que vivimos”.

El instrumento que nunca se mueve

Buena parte de esa precisión depende de un instrumento del que apenas se habla: el Sensor de Guiado Fino, del que Vila es corresponsable, tanto en Roman como en Webb. “Es el instrumento que te permite apuntar con mucha precisión a una zona del cielo y después mantener el telescopio muy estable para que no se mueva”, explica. “Nosotros buscamos estrellas concretas donde se quiere obtener información, y damos su posición muchas veces por segundo; en el caso de Roman, cuatro veces cada segundo. Si esa posición se mueve, corregimos la orientación del telescopio para traerla de vuelta. Son movimientos pequeñísimos, pero gracias a ellos el observatorio se queda quieto mientras se toman los datos”.

El sistema, sin embargo, no es idéntico en los dos telescopios. “En Webb buscamos una sola estrella y nos guiamos por ella. En Roman, como tenemos un campo tan amplio, usamos 18 cámaras distintas, con una estrella de referencia en cada una. Y vamos a hacer algo por primera vez: guiar no solo con estrellas, sino con espectros. Se dispersa la luz de una estrella hasta formar una línea, y nos guiamos por esa línea. Es la primera vez que lo intentamos”, cuenta Vila.

La caza de otros mundos

El segundo gran objetivo de Roman son los exoplanetas, y aquí las cifras que maneja la NASA son increíbles: se espera que la misión encuentre unos 100.000 planetas nuevos, frente a los algo más de 6.000 confirmados hasta ahora en toda la historia de la astronomía.

La mayoría se detectarán por tránsito, el método clásico que busca la pequeña caída de luz que se produce cuando un planeta pasa por delante de su estrella. Pero Roman añadirá algo distinto: la microlente gravitacional, una técnica que aprovecha que, cuando dos estrellas se alinean, la luz de la más lejana se magnifica por la gravedad de la que está en primer plano. Si esta última tiene un planeta, su gravedad deja una segunda firma, más sutil, en esa magnificación.

Gracias a esta técnica, Roman podrá detectar mundos con menos masa que Mercurio, y también planetas huérfanos, que vagan por el espacio sin estrella propia, bien porque se separaron de su sistema original, bien porque se formaron así, en solitario. Estudiar esta población ayudará a los astrónomos a responder una pregunta que sigue abierta: cómo de habitual, o de rara, es una arquitectura planetaria como la de nuestro sistema solar.

Sorpresa antes de despegar

Aunque Roman fue diseñado pensando sobre todo en la energía y materia oscura y los exoplanetas, un estudio publicado este año por investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore apunta a un uso imprevisto: su extrema precisión podría permitir detectar y calcular la masa de estrellas de neutrones aisladas, objetos hasta ahora casi imposibles de pesar porque no emiten luz propia detectable con las técnicas habituales.

Es, quizá, el ejemplo más claro de algo que los propios responsables de la misión repiten como un mantra: los mejores hallazgos de un observatorio nuevo no suelen ser los que se buscaban, sino los que nadie había previsto. “No tenemos ni la menor idea de lo que vamos a encontrar”, reconoció ayer sábado Vanessa Bailey, científica del Jet Propulsion Laboratory (JPL), área de la NASA que explora planetas, durante la rueda de prensa. “Como nunca hemos visto las partes del universo que vamos a observar con Roman, todos queremos encontrar cosas que no esperamos, o que no entendemos”, añade Vila, que se atreve incluso con una apuesta: “Quizá haya un premio Nobel gracias a los datos de Roman, por demostrar algo que explique la materia y la energía oscuras de una forma distinta a como pensamos ahora”.

El telescopio comenzará a trabajar durante el propio viaje hasta su destino final, un proceso de unos tres meses. Las primeras imágenes científicas oficiales llegarán, calcula, “como un buen regalo para el año nuevo”. Los datos, explica, estarán disponibles para toda la comunidad científica, y también para estudiantes, sin ningún periodo de exclusividad.