Los ojos infrarrojos de NASA: El Telescopio Espacial Spitzer

Almudena Alonso-Herrero CSIC/DAMIR

El telescopio espacial infrarojo Spitzer (anteriormente conocido como Space InfraRed Telescope Facility o SIRTF) es el cuarto y último elemento de la familia de Grandes Observatorios de la NASA. Los tres primeros son el Hubble Space Telescope (HST), el Compton Gamma-Ray Observatory y el telescopio de rayos X Chandra. El 25 de Agosto de 2003 NASA lanzó Spitzer desde el Kennedy Space Center en Cabo Cañaveral (Florida, Estados Unidos, ver fotografía). Spitzer es el primer satélite astronómico en ser posicionado en una órbita heliocéntrica, en vez de orbitar alrededor de la Tierra. Una de las mayores ventajas de este tipo de órbitas es que de esta manera se consigue un acceso casi instantáneo a la mayor parte de la extensión del cielo, al contrario de lo que ocurre con satélites geocéntricos como el HST.

El satélite Spitzer lleva a bordo un telescopio reflector con una apertura de 0.85 metros de diámetro y tres instrumentos científicos enfriados criogénicamente. Estos tres instrumentos nos están permitiendo explorar el Universo por medio de imágenes y espectroscopía en el rango espectral de 3 a 180?icras. La ventaja de la órbita heliocéntrica de Spitzer es que la temperatura ambiente es de unos 30 o 40K, mientras que en una órbita geocéntrica la Tierra emite a unos 270K, lo cual contaminaría las observaciones infrarrojas. Como los instrumentos infrarrojos han de ser enfriados a temperaturas muy bajas (próximas al cero absoluto), el tiempo de operación de Spitzer viene determinado por la duración del criógeno (el gas que enfría los instrumentos). Inicialmente se estimó una duración de 2 años y medio, pero las últimas estimaciones indican que el criógeno de Spitzer durará al menos hasta el verano de 2008.

Los Instrumentos Científicos de Spitzer

Las partes enfríadas de los tres instrumentos científicos de Spitzer están colocadas en la llamada Multiple Instrument Chamber (cámara múltiple de instrumentos). Los tres instrumentos científicos de Spitzer se denominan: el Infrared Array Camera (IRAC), Infrared Spectrograph (IRS) y el Multiband Imager Photometer for SIRTF (MIPS). IRAC es un instrumento compuesto de cuatro detectores que permiten obtener imágenes en cuatro longitudes de onda: 3.6, 4.5, 5.8 y 8micras. El espectrógrafo IRS proporciona espectroscopía de baja (R~60-100) y alta (R~600) resolución en el rango espectral de entre 5 y 40micras aproximadamente. MIPS proporciona imágenes y espectroscopía de baja resolución espectral en el rango de longitud de onda de entre 24 y 160micras y está compuesto de tres dectectores. A continuación se presentan tres ejemplos de datos obtenidos con cada uno de los instrumentos de Spitzer. Se pueden encontrar otras muchas imágenes en la página web de Spitzer (http://spitzer.caltech.edu).

Galaxias en interacción

Las galaxias en interacción son galaxias que están colisionando y cuyos discos espirales se están deformando y estirando debido a la gravedad mútua que ejercen las galaxias entre ellas cuando pasan una junta a la otra. Las observaciones de este tipo de galaxias junto a simulaciones numéricas de este tipo de colisiones demuestran que en la mayor parte de los casos, transcurrido el periodo de interacción las dos galaxias acaban coalesciendo y formando una única galaxia de forma esferoidad, es decir, una galaxia sin disco. La imagen muestra imágenes de uno de los procesos de interacción más intensos que están ocurriendo en el Universo Local, el sistema conocido como La Antena. Las imágenes tomadas con la cámara IRAC (la imagen en la derecha con la etiqueta “infrared”) nos muestran una gran cantidad de regiones (los colores más rojizos) que contienen poblaciones de estrellas muy jóvenes que están ocultas en la luz visible por la gran cantidad de polvo que existe en las regiones donde se formaron. La imagen infrarroja de Spitzer no muestra las estrellas jóvenes directamente, sino la emisión de polvo que está siendo calentado por tales estrellas. Esta población tan joven, que se encuentra en la zona donde las dos galaxias están chocando (la denominada zona de interfase), se ha creado durante y tras el proceso de colisión que está sufriendo este sistema de galaxias. La imagen principal de esta figura es una imagen en colores falsos realizada combinando imágenes de Spitzer (en rojo, mostrando el polvo caliente) y en el visible (azul y verde), mostrando la luz visible que emiten las estrellas jóvenes.

Discos Protoplanetarios

Los discos protoplanetarios son discos que rodean a estrellas jóvenes y que contienen una gran cantidad de polvo. Representan la fase inicial de la formación de sistemas planetarios, y su estudio los hace especialmente interesantes ya que son lugares de posible aparición de vida en fases posteriores de su evolución. En la figura se muestra los espectros obtenidos con el instrumento IRS de dos estrellas tan jóvenes (sus imágenes aparecen en la parte derecha de la figura) que todavía se encuentran embebidas en sus discos protoplanetarios compuestos de polvo y de material de desecho de la propia formación de las estrellas. La ventaja de los espectros frente a las imágenes de discos protoplanetarios, es que los espectros nos permiten determinar la composición química del material que se encuentra alrededor de estrellas jóvenes. En los dos espectros que se muestran en esta figura se han detectado componentes químicos que se piensan están relacionados con la formación de planetas. En ambos espectros la depresión central corresponde a la absorción de silicatos, que son los componentes fundamentales de los granos de polvo de los discos. La gran profundidad de la absorción de los silicatos indica que geométricamente estos discos protoplanetarios que rodean a estrellas jóvenes son gruesos. Además los espectros nos permiten deducir que estos granos de polvo se encuentran envueltos en hielo, ya que también se han detectado absorciones debidas a hielo de agua (representado en azul en los espectros), hielo de metano (representado en rojo) y hielo de dióxido de carbono (representado en verde). El hecho de que estos componentes químicos se detecten en forma de hielos sugiere que el material que rodea a la proto-estrella tiene que estar frío.

Galaxias Espirales Cercanas

La figura superior muestra una imagen de Spitzer de la galaxia cercana del catálogo de Messier M81. La imagen es la combinación de tres imágenes obtenidas en 24, 8 y 3.6 micras. Al igual que en la galaxia en interacción La Antena, la emisión infrarroja a 8 y a 24 micras (en las figuras inferiores en colores verde y rojo) se debe a polvo calentado por estrellas jóvenes y masivas. Esta emisión está localizada en regiones HII compactas (gas ionizado y polvo calentado por estrellas jóvenes) a lo largo de los brazos espirales de M81 (en la figura compuesta aparecen en colores rojo y amarillo). El estudio de estas regiones de formación estelar con respecto a la distribución de masa estelar (que se traza con la emisión a 3.6 micras, y en las figuras está representada en color azul) y de gas ionizado de toda la galaxia nos permite entender las condiciones físicas necesarias para la formación estelar.

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