Cómo SPHEREx de la NASA cartografía todo el cielo en 102 colores

Un telescopio que ve el universo en 102 tonos de infrarrojo

La mayoría de los telescopios espaciales se centran en objetivos específicos: una galaxia distante, una estrella cercana, una sola nebulosa. SPHEREx (Espectro-Fotómetro para la Historia del Universo, Época de Reionización y Explorador de Hielos) hace lo contrario. Lanzado el 12 de marzo de 2025 a bordo de un cohete Falcon 9 de SpaceX, este observatorio de la NASA está diseñado para fotografiar el cielo entero en 102 colores infrarrojos durante una misión primaria de dos años, creando el mapa espectral más detallado del cosmos jamás reunido.

El resultado no es solo una imagen bonita. Cada una de esas 102 longitudes de onda contiene información química y física única, lo que permite a los científicos perseguir tres ambiciosos objetivos científicos a la vez: sondear las secuelas del Big Bang, buscar los componentes básicos de la vida en el espacio interestelar y catalogar cientos de millones de galaxias en tres dimensiones.

Cómo funciona SPHEREx: la espectroscopia se une a la línea de montaje

En el corazón de la nave espacial se encuentra un modesto telescopio de aluminio de 20 centímetros, aproximadamente el diámetro de un plato, emparejado con seis matrices de detectores de mercurio-cadmio-telurio. El telescopio se enfría por radiación a unos 80 K (−193 °C), y los detectores se enfrían aún más a 55 K, para que puedan captar débiles señales infrarrojas sin la interferencia del propio calor de la nave espacial.

SPHEREx utiliza una técnica llamada espectrofotometría. En lugar de tomar una instantánea de banda ancha, toma imágenes de la misma franja de cielo 102 veces separadas, cada una a través de un filtro de banda estrecha diferente. Piense en ello como fotografiar cada parche del universo a través de 102 lentes de diferentes colores. Los filtros abarcan longitudes de onda de 0,75 a 5,0 micrómetros, cubriendo la luz del infrarrojo cercano invisible al ojo humano.

A medida que la nave espacial orbita de polo a polo, captura aproximadamente 3600 imágenes por día a lo largo de una franja circular. El movimiento de la Tierra alrededor del Sol desplaza gradualmente el campo de visión, por lo que después de seis meses SPHEREx ha escaneado todo el cielo una vez. Durante su misión de dos años, completará cuatro estudios de todo el cielo, y cada pasada mejorará la sensibilidad y la precisión de los datos.

Objetivo 1: Huellas dactilares del Big Bang

Una de las preguntas más profundas de la cosmología es qué sucedió en la primera fracción de segundo después del Big Bang. La teoría principal, la inflación cósmica, propone que el universo se expandió en un factor de un billón de billones en menos de una milésima de billonésima de billonésima de segundo. Ese crecimiento explosivo debería haber dejado sutiles patrones estadísticos en la forma en que las galaxias se distribuyen por el espacio.

SPHEREx medirá las posiciones y distancias de más de 450 millones de galaxias, construyendo un mapa 3D lo suficientemente grande como para probar modelos de inflación competidores. Algunas galaxias en el estudio están tan distantes que su luz ha viajado 10 mil millones de años para llegar al telescopio, ofreciendo una ventana al pasado profundo del universo.

Objetivo 2: Cartografía del hielo interestelar

La vida en la Tierra depende del agua, el dióxido de carbono y las moléculas orgánicas, y todos ellos se pueden encontrar congelados en diminutos granos de polvo que flotan por el espacio interestelar. La visión infrarroja de SPHEREx está especialmente sintonizada para detectar las firmas químicas del hielo de agua, el hielo de dióxido de carbono, el hielo de monóxido de carbono y el metanol.

Los primeros resultados ya se han entregado. En su primer año, SPHEREx cartografió el hielo interestelar en regiones de la Vía Láctea de más de 600 años luz de ancho, incluido el turbulento complejo de formación estelar Cygnus X. Estos "glaciares interestelares" se encuentran dentro de nubes moleculares gigantes donde nacen nuevas estrellas y sistemas planetarios, lo que significa que el material helado que rastrea SPHEREx podría eventualmente convertirse en parte de futuros planetas, océanos y quizás vida.

Objetivo 3: El brillo oculto de las galaxias

Más allá de las galaxias individuales, SPHEREx mide el fondo cósmico infrarrojo, el brillo colectivo producido por todas las galaxias, incluidas aquellas demasiado débiles o demasiado distantes para observarlas individualmente. Al analizar las fluctuaciones en esta luz de fondo, los científicos pueden aprender sobre poblaciones de galaxias que nunca se han detectado directamente, llenando los vacíos en nuestra comprensión de la historia cósmica.

Por qué SPHEREx es importante

Mientras que el telescopio espacial James Webb sobresale en observaciones profundas y estrechas de objetivos individuales, SPHEREx intercambia profundidad por amplitud. Su enfoque de todo el cielo significa que cada astrónomo, desde cosmólogos hasta científicos planetarios, puede extraer sus datos publicados públicamente para nuevos descubrimientos. La misión ya ha revelado estructuras inesperadas en la distribución del hielo interestelar y se espera que genere conocimientos durante décadas después de que se complete su estudio final.

Para una nave espacial con un espejo no más grande que un plato, SPHEREx está respondiendo algunas de las preguntas más importantes de la ciencia: ¿Cómo comenzó el universo? ¿De dónde viene el agua? ¿Y cuántas galaxias hay realmente ahí fuera?