Instrument NIRSpec

Instrument NIRSpec

NIRSpec (acrònim de Near Infrared Spectrograph, en espanyol, «Espectrógraf de Infrarrojo Propenc») és un instrument científic instalat a bordo del Telescopi espacial James Webb (JWST), dissenyat per a realisar observacions espectroscópicas en el ranc del infrarroig propenc, aproximadament entre 0,6 i 5,3 micrómetros.

Desenrollat per l'Agència Espacial Europea (ESA) en colaboració en la NASA, el Space Telescope Science Institute (STScI) i un consorci d'institucions europees encapçalat per Airbus Defence and Space, NIRSpec constituïx un dels quatre instruments científics principals de el JWST.

L'instrument va ser concebut per a analisar la composició química, les propietats físiques i el moviment d'una àmplia varietat d'objectes astronòmics, entre ells galàxies distants, exoplanetes, regions de formació estelar, discs protoplanetaris, nanes marrons i objectes del Sistema solar. Una de les seues característiques més distintives és l'incorporació d'una matriu de microobturadores (Microshutter Array), que li permet obtindre espectres de fins a varis centenars d'objectes simultàneament, una capacitat sense precedents en un observatori espacial d'estes característiques.

Des de l'inici de les operacions científiques de el JWST en 2022, NIRSpec ha eixercitat un paper fonamental en l'estudi del univers primitiu, la caracterisació d'atmòsfera d'exoplanetes i l'investigació dels processos de formació i evolució de galàxies i estreles, contribuint a alguns dels descobriments científics més rellevants realisats pel telescopi.

Història i desenroll

El desenroll de NIRSpec va escomençar a finals de la década de 1990 com a part de l'instrumentació científica prevista per al Telescopi Espacial James Webb. Des de les seues primeres etapes de planificació, l'instrument va ser concebut per a proporcionar capacitats espectroscópicas d'alta sensibilitat en el infrarroig propenc, permetent estudiar objectes extremadament dèbils i distants la llum dels quals havia segut desplaçada cap a llongituts d'ona més llargues per l'expansió de l'univers.

La responsabilitat principal del disseny i la construcció de NIRSpec va ser assumida per l'Agència Espacial Europea (ESA), que va encomanar el desenroll industrial a Airbus Defence and Space, en el respal d'un consorci d'institucions científiques europees. La NASA i el Space Telescope Science Institute varen colaborar en l'integració de l'instrument en l'observatori i en el desenroll dels seus sistemes d'operació i calibraació científica.

Un dels majors desafius tecnològics durant el seu desenroll va ser la creació de la matriu de microobturadores (Microshutter Array), un dispositiu format per centenars de mils de diminutes comportes controlades individualment que permet seleccionar de manera simultànea numerosos objectius dins del mateix camp de visió. Esta tecnologia va ser desenrollada específicament per a NIRSpec i va representar un alvanç significatiu en l'espectroscòpia espacial en possibilitar l'obtenció simultànea d'espectres de múltiples objectes astronòmics.

Despuix de completar les fases de fabricació, integració i ensajos ambientals, NIRSpec va ser instalat en el Telescopi Espacial James Webb abans del seu llançament el 25 de decembre de 2021. Despuix de la posada en marcha de l'observatori i d'un extens procés d'alliniació i verificació dels seus instruments, va escomençar oficialment les operacions científiques en juliol de 2022 junt en el restant de la càrrega útil del telescopi.

Disseny i components

NIRSpec està dissenyat per a realisar observacions espectroscópicas d'alta sensibilitat en el infrarroig propenc i constituïx un dels instruments més complexos del Telescopi Espacial James Webb. El seu disseny òptic permet operar en un interval aproximat d'entre 0,6 i 5,3 micrómetros, oferint distints modos d'observació adaptats a una àmplia varietat d'objectius científics.

L'instrument incorpora un sistema d'espills, elements dispersores i filtres que dirigixen la llum cap a dos detectors d'arseniuro de silici, dopat en impurees (Si:As), optimisats per a registrar radiació infrarroja en una elevada sensibilitat i un baix nivell de soroll electrònic. Estos detectors permeten obtindre espectres d'alta calitat inclús de fonts extremadament dèbils i distants.

Un dels components més innovadors de NIRSpec és la matriu de microobturadores (Microshutter Array), formada per aproximadament 250.000 microobturadores controlables de manera individual. Este sistema permet seleccionar simultàneament numerosos objectes dins del camp de visió, bloquejant la llum procedent de regions no desijades i fent possible l'obtenció de centenars d'espectres en una única observació.

Ademés de la matriu de microobturadores, NIRSpec dispon de rendijas fixes per a l'observació d'objectes individuals i d'una unitat de camp integral (Integral Field Unit, IFU), dissenyada per a obtindre informació espectroscópica d'objectes estesos per mig de l'adquisició simultànea de senyes espacials i espectrals. Esta combinació de subsistema proporciona una gran flexibilitat per a estudiar des d'exoplanetes i discs protoplanetaris fins a galàxies molt lluntanes.