El telescopio Roman de la NASA despega a la caza de la energía oscura

A las 7:26 a. m. EDT del domingo 30 de agosto, un Falcon Heavy de SpaceX despegó del Complejo de Lanzamiento 39A del Centro Espacial Kennedy de la NASA, en Florida, llevando un observatorio que los astrónomos llevaban casi una década esperando. El telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA está ahora en un viaje de unos tres meses y un millón de millas hacia el segundo punto de Lagrange Sol-Tierra, L2, donde comenzará el sondeo más amplio y rápido del cielo infrarrojo jamás intentado.

Lectura relacionada: La NASA pregunta a la industria si naves comerciales podrían elevar o retirar el Hubble · La NASA elige PRIMA, un telescopio infrarrojo lejano de 1.200 millones de dólares, para un lanzamiento en 2033.

El lanzamiento en sí fue un hito por razones que van más allá del hardware. La NASA calcula que el flujo de datos de Roman, de 1,4 terabytes por día, será el mayor de cualquier misión astrofísica que la agencia haya volado, y la misión llegó a la rampa unos nueve meses antes de su calendario original. El comunicado de lanzamiento de la agencia describe un vuelo que salió según lo previsto: los controladores en el Centro de Vuelo Espacial Goddard empezaron a recibir telemetría siete minutos después del despegue, la segunda etapa del Falcon Heavy se separó del observatorio 31 minutos después del lanzamiento y ambos cohetes laterales regresaron a la base para ser reacondicionados.

Un espejo del tamaño del Hubble con un ojo radicalmente mayor

A Roman se le presenta a menudo como «el Hubble de gran angular», y la comparación es justamente el punto. Su espejo primario mide 2,4 metros de diámetro (el mismo tamaño que el del Hubble) y sus imágenes tienen una resolución nítida comparable. La diferencia es el campo de visión. El Wide Field Instrument, una cámara infrarroja de 300 megapíxeles, captura una porción del cielo al menos 100 veces mayor de la que el Hubble puede capturar en una sola exposición. Una sola imagen de Roman contendrá el detalle equivalente a unas 100 imágenes del Hubble, y abarcará un área mayor que el tamaño aparente de la Luna llena.

Ese intercambio (la misma nitidez, muchísimo más cielo por toma) es lo que convierte a la astronomía de una serie de observaciones puntuales en una empresa estadística. La energía oscura, la misteriosa presión que se cree que acelera la expansión del universo, solo se revela en el conjunto: las formas y distancias de cientos de millones de galaxias, el brillo de miles de supernovas lejanas, la sutil curvatura del espacio-tiempo alrededor de la masa en primer plano. Medir todo eso con precisión exige conjuntos de datos enormes y uniformes, y eso es exactamente lo que un telescopio de sondeo de gran campo está diseñado para producir.

La página de la misión de la NASA dice que Roman medirá la luz de mil millones de galaxias a lo largo de su vida; la agencia espera que la misión catalogue miles de millones de objetos cósmicos y que en cinco años image más de 50 veces el cielo que el Hubble cubrió en 30. Los tres sondeos comunitarios principales ya están definidos mediante un proceso revisado por pares: un sondeo extragaláctico amplio de imagen y espectroscopia que cubre unos 2.000 grados cuadrados, un sondeo de dominio temporal que escanea repetidamente los mismos campos y un sondeo del bulbo galáctico que usa microlentes para detectar planetas.

La cosecha de exoplanetas es un efecto secundario

La ciencia de exoplanetas de Roman es, en cierto sentido, un subproducto del mismo sondeo amplio. Al mirar fijamente el abarrotado centro de la Vía Láctea, el telescopio vigilará el breve brillo que se produce cuando la gravedad de un planeta amplifica una estrella de fondo (una técnica llamada microlente, especialmente buena para encontrar mundos lejos de sus estrellas y mundos que orbitan en las frías regiones exteriores de sus sistemas). La NASA espera que Roman encuentre más de 1.000 exoplanetas de esta forma, y que además detecte unos 100.000 más mediante el método de tránsito, cuando los planetas cruzan por delante de sus estrellas.

El telescopio también lleva un Instrumento Coronógrafo, una demostración tecnológica diseñada para bloquear el resplandor de una estrella de modo que puedan fotografiarse directamente planetas débiles y de órbita cercana. Es explícitamente un banco de pruebas y no un instrumento científico garantizado, pero si funciona se convertirá en el modelo para futuras misiones que algún día podrían buscar señales de vida en atmósferas de exoplanetas.

La astronomía siempre ha avanzado gracias a nuevos ojos. El aporte de Roman no es que vea más débil que el Hubble, sino que ve mucho más de una vez.

La máquina de sondeo, en cifras

Las decisiones de diseño detrás de los tres sondeos centrales de Roman merecen detallarse, porque explican por qué la misión se describe como una máquina de sondeo más que como una cámara. El High-Latitude Wide-Area Survey cubrirá unos 2.000 grados cuadrados de cielo extragaláctico (una franja unas 40 veces mayor que el área de la Luna llena) con imagen y espectroscopia sin rendija, usando varios filtros de infrarrojo cercano y un prisma de rejilla. El sondeo de dominio temporal de alta latitud revisa repetidamente los mismos campos y construye curvas de luz que capturan objetos que explotan o parpadean; los documentos de planificación de la misión proyectan una cadencia de unos cinco días y un rendimiento de más de 500 supernovas de tipo Ia al mes. El sondeo de dominio temporal del bulbo galáctico apunta el telescopio a una ventana de baja extinción cerca del centro de la Vía Láctea.

Esas supernovas son la pieza de trabajo de la energía oscura. Como una supernova de tipo Ia tiene un brillo intrínseco predecible, su atenuación observada indica a qué distancia está y, junto con su corrimiento al rojo, a qué velocidad se expandía el universo cuando la luz la abandonó. Apilar miles de ellas a lo largo del tiempo cósmico permite reconstruir la historia de la expansión y buscar cambios que una simple constante cosmológica no explica. Los planificadores de Roman han dicho que la combinación de imagen y espectroscopia debería reducir la incertidumbre de la ecuación de estado de la energía oscura en torno al 70 por ciento y sondear si la tasa de expansión reciente ha variado.

Dónde encaja Roman en la nueva era de sondeos

Roman llega a un campo inusualmente poblado. En tierra, el Observatorio Vera C. Rubin ya barre el cielo visible noche tras noche. En el espacio, Euclid de la Agencia Espacial Europea cartografía la geometría de la materia y la energía oscuras en el visible y el infrarrojo cercano. El nicho de Roman son la profundidad, la resolución y el alcance infrarrojo: ofrecerá imagen y espectroscopia con calidad de Hubble a una escala que ninguno de los otros puede igualar, y sus datos se superpondrán a los suyos.

Esa superposición es intencional. Distintos sondeos ven objetos distintos, a distintas distancias, con distinta sistemática. Combinar un censo óptico desde tierra con un sondeo infrarrojo desde el espacio es la forma en que los astrónomos detectan y corrigen los sesgos que, de otro modo, pasarían por señal cosmológica. La decisión de Roman de publicar todos los datos sin periodo de exclusividad es una apuesta explícita a que la vía más rápida de explotar 20 petabytes es dejar que toda la comunidad los ataque a la vez.

El problema de los datos es la verdadera historia de ingeniería

El número de titular que definirá la vida operativa de Roman es 1,4 terabytes por día. Según el dosier de prensa de la misión, es el mayor volumen diario de datos de cualquier misión astrofísica de la NASA hasta ahora, y sumará unos 20 petabytes durante la misión primaria de cinco años. Para comparar, el Hubble ha producido algo más de 400 terabytes en más de tres décadas.

Ese volumen obliga a trabajar de otra manera. El Space Telescope Science Institute (STScI) ha levantado una plataforma de análisis alojada en la nube, el Roman Research Nexus, precisamente porque descargar el archivo completo a un portátil (o incluso a un clúster departamental) es poco práctico. En su lugar, los investigadores transmiten y analizan los datos donde viven, extrayendo solo los productos que necesitan. Todos los datos de Roman serán de dominio público, liberados rápidamente al Barbara A. Mikulski Archive for Space Telescopes, que funciona en AWS.

Es un cambio cultural real para un campo construido en torno a descargar archivos y ejecutar tuberías localmente. También es un avance de hacia dónde se dirige la infraestructura de la gran ciencia: la mayor restricción ya no es el telescopio, sino el software, el ancho de banda y la atención humana necesarios para extraer sentido de lo que envía a casa.

Un programa diseñado para evitar las trampas habituales

El camino de Roman hasta la rampa es notable en sí mismo. La misión fue renombrada en 2020 en honor a Nancy Grace Roman, la primera jefa de astronomía de la NASA y la fuerza motriz del programa de Grandes Observatorios de la agencia. Sobrevivió a años de presión presupuestaria (cuando se conocía como WFIRST) y llegó a la rampa antes de lo previsto, algo poco común en la ciencia espacial insignia.

El equipo industrial refleja esa ambición a gran escala: BAE Systems, L3Harris en Rochester, Nueva York, y Teledyne Scientific & Imaging en Thousand Oaks, California, son los socios principales. El costo, de unos 4.000 millones de dólares, es sustancial pero muy inferior al de los mayores observatorios, reflejo de un diseño que reutiliza un espejo que la Oficina Nacional de Reconocimiento ya había construido.

La pregunta abierta no es si Roman producirá ciencia (lo hará), sino si el campo puede absorber su producción. Una misión que genera 20 petabytes y publica todo de inmediato es un regalo y una carga a la vez. Recompensará a los equipos que construyan capacidad de análisis desde el principio y castigará la suposición de que un solo estudiante de doctorado con un portátil puede hacer la reducción.

Qué observar

Tres cosas indicarán cómo le va a Roman durante el próximo año. Primero, el informe de puesta en servicio: la NASA confirmará que el Wide Field Instrument y el coronógrafo sobrevivieron al lanzamiento y funcionan según lo diseñado. Segundo, las primeras publicaciones de datos de sondeo: observe con qué rapidez el archivo se vuelve utilizable y si el modelo centrado en la nube realmente baja la barrera para las instituciones más pequeñas. Tercero, los primeros resultados cosmológicos: una medición temprana de la energía oscura es la carta de presentación de la misión y fijará las expectativas para la próxima década.

Por ahora, el hecho inmediato es más simple. Un telescopio que lleva el nombre de quien construyó el programa de astronomía de la NASA va camino del punto oscuro y silencioso más allá de la Luna, y la larga espera por su primer sondeo ha comenzado.