El James Webb tiene un problema: es demasiado bueno para los astrónomos

Pero ese, según un equipo de investigadores del MIT (Instituto de Tecnología de Massachusetts) podría ser precisamente el problema: los datos que aporta el telescopio son mucho más precisos que los modelos que los astrónomos utilizan para interpretarlos.

En otras palabras, las herramientas actuales de análisis de los científicos no están a la altura del James Webb y no consiguen, por tanto, extraer todo el potencial que sus datos contienen. Sería comparable a tratar de ver una película de alta definición en un viejo televisor en blanco y negro de los años 60: las imágenes de la pantalla no tendrían nada que ver con el original.

Por eso, dicen los autores del estudio, muchos científicos podrían estar extrayendo conclusiones que no se corresponden con la realidad, con un margen de error de hasta un orden de magnitud. Es decir, que podrían estar interpretando erróneamente lo que está viendo el telescopio. El preocupante estudio se ha publicado hace unos días en 'Nature Astronomy'.

Los autores llaman al problema 'muro de precisión' y predicen, por ejemplo, que las propiedades de las atmósferas planetarias observadas por el Webb, como su temperatura o composición, podrían estar ampliamente desfasadas en los cálculos de los investigadores.

«Existe una diferencia científicamente significativa -explica Julien de Wit, del Departamento de Ciencias Planetarias, Atmosféricas y de la Tierra del MIT y co director del estudio- entre decir que un compuesto como el agua está presente en un 5 por ciento cuando en realidad lo está en un 25 por ciento, algo que los modelos actuales no pueden diferenciar».

«Actualmente -añade Prajwal Niraula, primer firmante del estudio- el modelo que usamos para descifrar la información espectral no está a la altura de la precisión y la calidad de los datos que tenemos del telescopio James Webb. Necesitamos mejorar nuestro juego y abordar juntos el problema de la opacidad«.

La opacidad se refiere a la facilidad con la que los fotones atraviesan un determinado material. Según sus longitudes de onda, por ejemplo, los fotones pueden pasar directamente a través de un material, o ser absorbidos o reflejados por él.

Un modelo de opacidad, por tanto, funciona sobre la base de varias suposiciones de cómo la luz interactúa con la materia. Los astrónomos usan estos modelos para deducir ciertas propiedades de un material, en base al espectro de la luz que emite. En el contexto de los exoplanetas, un modelo de opacidad puede descifrar, a partir de la luz del planeta captada por el telescopio, el tipo y la abundancia de sustancias químicas en la atmósfera.

Según De Wit, el actual modelo de opacidad de última generación, que él compara con una herramienta de traducción de lenguaje clásico, ha hecho un trabajo más que decente al decodificar datos espectrales tomados por instrumentos como el Telescopio Espacial Hubble. Pero con James Webb la historia cambia por completo.

«Hasta el momento -dice el científico- esta 'piedra Rosetta' ha funcionado bien. Pero ahora que hemos pasado al siguiente nivel gracias a la precisión de Webb, nuestro proceso de 'traducción' impedirá que captemos sutilezas importantes, como las que marcan la diferencia entre que un planeta sea habitable o no».

En su estudio, De Wit y sus colegas decidieron poner a prueba el modelo de opacidad más utilizado. Hicieron hasta ocho versiones de él, con diferentes limitaciones intencionadas sobre cómo la luz interactúa con la materia, y después alimentaron cada versión con patrones de luz de precisión similares a los que captaría James Webb. De este modo, consiguieron que cada 'modelo perturbado' generara sus propias predicciones sobre las propiedades de la atmósfera de un planeta.

La conclusión fue que si los modelos de opacidad existentes se aplicaran realmente a los espectros de luz tomados por el telescopio Webb, se darían de bruces contra un 'muro de precisión'. Es decir, no serían lo suficientemente sensibles para saber si un planeta tiene una temperatura atmosférica de 300 Kelvin o 600 Kelvin, o si un determinado gas supone el 5 o el 25 por ciento de una atmósfera. En palabras de Niraula, «una diferencia importante para que podamos restringir los mecanismos de formación planetaria e identificar de manera confiable las firmas biológicas».

De Wit y sus colegas plantean en su estudio algunas ideas sobre cómo mejorar los modelos de opacidad existentes, incluida la necesidad de más mediciones de laboratorio y cálculos teóricos para refinar los supuestos de los modelos sobre cómo interactúa la luz con varias moléculas, así como colaboraciones entre disciplinas y, en particular, entre la astronomía y la espectroscopia.

«Para interpretar de forma correcta los espectros de las diversas atmósferas exoplanetarias -dice por su parte Iouli Gordon, físico del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica y otro de los firmantes del artículo-, necesitamos llevar a cabo una campaña extensa para nuevas mediciones y cálculos precisos de parámetros espectroscópicos moleculares relevantes. Estos parámetros deberán después implementarse oportunamente en las bases de datos espectroscópicas de referencia y, en consecuencia, en los modelos utilizados por los astrónomos».

«Hay tanto que se podría hacer -concluye Niraula- si supiéramos perfectamente cómo interactúan la luz y la materia. Sabemos eso bastante bien con las condiciones de la Tierra, pero tan pronto como nos movemos a diferentes tipos de atmósferas, las cosas cambian, y eso supone una gran cantidad de datos, con una calidad cada vez mayor, que corremos el riesgo de malinterpretar«.