China retrasa el lanzamiento de su telescopio espacial Xuntian

China ha pospuesto el lanzamiento de su telescopio espacial Xuntian en medio de una carrera internacional para trazar las fronteras de la cosmología moderna.

El Xuntian (“Survey the Heavens”), de dos metros de largo y cuyo despegue está previsto para mediados de 2025 desde el Centro de Lanzamiento Espacial Wenchang, en el sur de China, se unirá al telescopio espacial Euclid de 1,2 metros de la Agencia Espacial Europea, que lanzó sus primeras imágenes a todo color este mesy el telescopio espacial Nancy Grace Roman de 2,4 metros de la NASA, cuyo lanzamiento está previsto para mediados de 2027, para estudiar miles de millones de galaxias distantes, mapear la estructura del universo y probar teorías contradictorias sobre la materia y la energía oscuras.

“El lanzamiento de Xuntian estaba previsto para finales de este año. La línea temporal ahora se ha ajustado a junio de 2025”, afirma Zhan Hu, científico del proyecto del sistema de telescopios de Xuntian en los Observatorios Astronómicos Nacionales de China en Beijing. Zhan y su equipo ahora están terminando su trabajo en un “modelo de calificación de ingeniería” previo al vuelo para Xuntian que comenzará con rigurosas pruebas de rendimiento a principios del próximo año, dice.

Por primera vez, China está desarrollando a nivel nacional los cinco instrumentos de Xuntian, afirma Zhan. Dirige un equipo de unos 100 ingenieros y científicos de cinco institutos de investigación de todo el país que está trabajando en una cámara de vigilancia de 2,6 gigapíxeles que será el instrumento principal del telescopio.

Xuntian es una de las instalaciones científicas más importantes que China haya construido jamás, dice Quentin Parker, astrofísico de la Universidad de Hong Kong, y eso hace que su retraso sea sorprendente. “Es inusual en China porque normalmente no posponen las cosas. Han sido excelentes a la hora de mantener sus misiones encaminadas”, afirma.

El retraso podría tener implicaciones importantes para la carrera a tres bandas para resolver los misterios duales de la materia oscura (el pegamento gravitacional invisible que permite que se formen las galaxias) y la energía oscura (la fuerza misteriosa pero dominante detrás de la expansión cada vez más acelerada de nuestro universo). Juntas, la materia oscura y la energía oscura constituyen un abrumador 95 por ciento de la masa y energía del universo, y la materia familiar constituye el 5 por ciento restante. Conocer la verdadera naturaleza de la materia y la energía oscuras es fundamental para la cosmología, ya que potencialmente ofrece respuestas a preguntas sobre los orígenes más profundos del universo, su destino final y casi todo lo demás. Un lanzamiento posterior de Xuntian reduce la ventaja temporal que de otro modo podría tener sobre el telescopio romano de la NASA, dice Parker. “Una gran ventaja de lanzarse antes que la competencia es que se obtiene el primer bocado de la cereza para la ciencia”, añade. Si las fechas de lanzamiento de Xuntian y Roman resultan cercanas, habrá “una dinámica interesante en términos de quién obtendrá los primeros datos, las primeras imágenes y los primeros resultados de la investigación”.

Después de décadas de espera, es comprensible que los astrónomos chinos estén ansiosos por tener su propio observatorio que sea comparable al Telescopio Espacial Hubble, dice el astrofísico Wu Xuebing de la Universidad de Pekín en China. Sin embargo, dado el diseño de última generación y las tecnologías de vanguardia de Xuntian, “el retraso no es necesariamente algo malo. Es importante asegurarse de que todo funcione antes de ir al espacio”, afirma Wu.

Xuntian es realmente ambicioso. Aprobada por primera vez en 2013 como parte de los planes de China para una estación espacial, el concepto y el diseño de la misión han evolucionado con el tiempo para presumir, entre otras cosas, de un campo de visión verdaderamente panorámico que es más de 300 veces mayor que el del Hubble. Esto significa que Xuntian, que a veces también se llama Telescopio de la Estación Espacial China, puede, con una sola instantánea, examinar una franja de cielo que al Hubble le tomaría casi un año obtener imágenes y hacerlo con aproximadamente la misma resolución. Durante cada observación, Xuntian también ve el doble de cielo que Euclides y cuatro veces más que Roman.

Su cámara de vigilancia, equipada con detectores de dispositivos de carga acoplada que contienen 2.600 millones de píxeles, pretende cubrir 17.500 grados cuadrados (o el 40 por ciento) de todo el cielo durante su operación planificada de una década de duración a unos 400 kilómetros sobre el suelo en el mismo órbita como la estación espacial china Tiangong.

Al observar en longitudes de onda ópticas y ultravioleta cercana entre 0,255 y una micra, Xuntian será “perfectamente complementario” de Euclides y Roman, que se centran más en el infrarrojo cercano, dice Yun Wang, cosmólogo del Centro de Análisis y Procesamiento Infrarrojo de el Instituto de Tecnología de California.

Las tres misiones comparten una piedra angular metodológica común: trazar las distancias y distribuciones de las galaxias para obtener mediciones cósmicas más profundas. Pero cada uno tomará muestras del universo en edades diferentes, aunque con cierta superposición. Xuntian mirará hacia atrás en el tiempo y verá las galaxias resplandecientes cuando el universo tenía un tercio de su edad actual. Mientras tanto, Euclides y Roman se centrarán en las galaxias desde la mitad hasta las tres cuartas partes del camino a través de los casi 14 mil millones de años de historia del universo.

Incluso cuando diferentes telescopios miden exactamente lo mismo, sigue siendo crucial verificar sus resultados, dice Jason Rhodes, astrofísico del Jet Propulsion Laboratory de la NASA, que trabaja tanto en Euclides como en el próximo Roman. “Los efectos que la energía oscura tiene en las cosas que podemos observar son pequeños en cada galaxia individual”, por lo que las mediciones son muy exigentes, e incluso errores instrumentales minúsculos pueden producir resultados tremendamente erróneos, dice.

Xuntian, Euclid y Roman también utilizarán una técnica de observación llamada lente gravitacional débil para mapear la materia oscura detectando pequeñas distorsiones en las formas de las galaxias. Tales distorsiones son causadas por grupos de materia oscura interpuesta que, a través de sus campos gravitacionales que deforman el espacio-tiempo, alteran sutilmente la trayectoria de la luz de las galaxias a medida que avanza hacia la Tierra. A diferencia de las lentes fuertes, en las que una galaxia masiva en primer plano puede estirar la luz de una galaxia de fondo con forma de puntos para que parezca una curva, las lentes débiles sólo tuercen las imágenes de las galaxias en una milésima parte o menos de la elipticidad de su tamaño angular aparente y son extremadamente difíciles de detectar. medida.

Según Zhan, el sistema óptico de Xuntian tiene una ventaja en este sentido porque su espejo secundario se colocará a un lado en lugar de directamente frente al espejo primario para evitar bloquear la luz entrante y crear patrones de difracción en las imágenes. Este llamado diseño fuera de eje distingue a Xuntian de Hubble, Euclid y Roman, todos los cuales utilizan una arquitectura en eje que invariablemente proyecta “picos” de difracción y otros artefactos visuales en las imágenes resultantes. En consecuencia, las imágenes sin picos de Xuntian ayudarán a reducir los errores en el análisis de lentes débiles, afirma Zhan.

Si bien Xuntian pasará la gran mayoría de su tiempo persiguiendo materia y energía oscuras estudiando galaxias lejanas, también tiene una larga lista de objetivos científicos secundarios que cumplir con los mismos datos del estudio y las observaciones de otros cuatro instrumentos. Por ejemplo, buscará exoplanetas alrededor de una muestra de estrellas cercanas utilizando un coronógrafo que bloquea la luz estelar y que puede permitir ver los planetas mucho más débiles que acompañan a una estrella. Además, el telescopio incluirá un receptor de terahercios de alta sensibilidad para estudiar la química de nubes moleculares gigantes y otros objetos complejos en la Vía Láctea y galaxias vecinas; un generador de imágenes multicanal para realizar observaciones más enfocadas de campos extremadamente profundos y monitorear fenómenos que cambian rápidamente, como asteroides que caen y supernovas en detonación; y un espectrógrafo de campo integral para investigar la física extrema de la materia que gira alrededor y dentro de los agujeros negros.

Y después de que los cinco instrumentos estén ensamblados en la plataforma del telescopio, habrá una ranura vacía para su uso posterior por un dispositivo nacional, extranjero o desarrollado conjuntamente instalado por los astronautas de la estación espacial Tiangong, dice Zhan.

A lo largo de la primera década de operaciones de Xuntian, se planean varias maniobras de encuentro y acoplamiento entre el telescopio y la estación espacial en órbita terrestre baja para permitir el reabastecimiento de combustible, el mantenimiento y las actualizaciones. Aprendiendo del Hubble, los arquitectos de Xuntian consideraron que dicho servicio era crucial para garantizar la competitividad científica duradera del observatorio.

“Hay muchas cosas que me gustan de la coorbitación”, dice Jonathan McDowell, astrónomo del Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian. Por ejemplo, arreglar o intercambiar instrumentos en Euclides o Roman sería prohibitivamente difícil porque estos dos telescopios están estacionados cada uno en el punto 2 de Lagrange, una posición entre el Sol y la Tierra que está a aproximadamente 1,5 millones de kilómetros de nuestro planeta.

Pero la posición de Xuntian en órbita terrestre baja también significa que nuestro inminente planeta bloqueará constantemente su visión de casi la mitad del cielo, limitando la eficiencia de observación del telescopio, dice McDowell. Además, la órbita de Xuntian hará que el telescopio haga una transición entre el día y la noche cada 90 minutos aproximadamente, creando inestabilidades térmicas que pueden afectar a sus instrumentos, señala Rhodes.

Sin embargo, estas cuestiones pueden llegar a ser la menor de las preocupaciones orbitales de Xuntian. “Mi mayor preocupación para Xuntian es que, dado que tiene un campo de visión grande y amplio, y que está por debajo [SpaceX’s] Satélites Starlink, verá una enorme cantidad de rastros de satélites Starlink en todas sus imágenes”, dice McDowell.

El equipo de Zhan ha utilizado simulaciones para estimar los impactos negativos que Starlink y otras constelaciones de satélites tendrán en Xuntian. Una vez que los más de 40.000 satélites Starlink y proyectos similares que pronto debutarán estén completamente operativos en órbita, dice Zahn, la cámara de exploración de Xuntian generalmente verá al menos un satélite en cada una de las exposiciones de 150 segundos de su cámara principal. “Pero parecen relativamente fáciles de identificar y extraer de los datos”, añade.

Hasta ahora, la comunidad astronómica china ha recibido financiación para establecer cuatro centros que coordinarán y apoyarán la investigación de Xuntian una vez que el telescopio esté operativo. También hay subvenciones destinadas a estudios preparatorios relacionados con Xuntian, incluidas simulaciones de las imágenes, las operaciones y el procesamiento de datos del telescopio. Esfuerzos de apoyo tan profundos y de gran alcance no tienen precedentes en las misiones espaciales en China.

“El equipo de Xuntian tenía ambiciones técnicas y ha llegado hasta aquí”, afirma Wang. Con Xuntian, Euclides y Roman compartiendo datos de observación o incluso coordinando sus estudios, es de esperar que los científicos pronto impongan restricciones más fuertes a las teorías de la energía oscura. “Probablemente no tengamos la respuesta definitiva, pero nos darán pistas para seguir adelante. Yo diría que podemos esperar avances dentro de 10 años”, afirma.