Imágenes infrarrojas: ¿cómo hacerlas visibles?

¿Por qué mirar en el infrarrojo?

Una ventana sobre lo invisible

El ojo humano ve solo una parte muy fina del espectro luminoso, del violeta al rojo. El infrarrojo se sitúa justo más allá del rojo, con longitudes de onda mayores que las de la luz visible. El telescopio espacial James Webb (JWST) está diseñado para observar esta luz, principalmente en sus dominios cercano y medio.

Perforar los velos de polvo

Las estrellas en formación suelen estar envueltas en nubes de polvo y gas. Los granos de polvo absorben y dispersan más la luz visible que las grandes longitudes de onda infrarrojas: el infrarrojo permite por tanto atravesar estas nubes y observar las estrellas ocultas detrás.

Gracias a sus instrumentos infrarrojos (NIRCam, NIRSpec, MIRI, FGS/NIRISS), JWST también puede detectar las muy débiles emisiones térmicas de los planetas extrasolares, y estudiar objetos que no brillan lo suficiente en el visible para ser detectados de otro modo.

Observar los confines del Universo

La expansión del Universo estira las longitudes de onda de la luz emitida por los objetos lejanos: su luz se desplaza hacia el rojo, y luego pasa al infrarrojo. Este desplazamiento, llamado redshift, es tanto mayor cuanto más lejano está el objeto.

En 2025, JWST confirmó la galaxia MoM-z14, con un redshift de 14,44, observada unos 280 millones de años después del Big Bang: es, hasta la fecha, la galaxia más lejana cuya distancia ha sido confirmada por espectroscopia. Este récord ya ha sido batido varias veces por el propio telescopio, y podría volver a serlo.

Un telescopio enfriado hasta el límite

Por qué el frío es indispensable

Un instrumento infrarrojo debe mantenerse a muy baja temperatura, pues de lo contrario su propio calor ahogaría la débil señal procedente del espacio. Los instrumentos del JWST funcionan alrededor de 40 K (unos −233 °C), y un gran escudo solar protege el conjunto del calor del Sol y de la Tierra.

El caso particular de MIRI

El instrumento MIRI, que observa el infrarrojo medio hasta 28 µm, exige un frío aún más intenso: se mantiene por debajo de 6,7 K, es decir unos −266 °C, gracias a un criorefrigerador embarcado. Sin esta precaución, quedaría cegado por su propia emisión térmica.

Del infrarrojo a los colores visibles

El tratamiento de los datos brutos

Los datos infrarrojos captados por los instrumentos se tratan y convierten en colores mediante algoritmos informáticos. Estos colores no corresponden a los colores reales del objeto observado, sino a intensidades medidas en bandas de longitudes de onda precisas. El JWST registra en realidad imágenes en niveles de gris, una por filtro.

El STScI, que gestiona las imágenes de Webb, prefiere hablar de colores representativos más que de falsos colores: los matices traducen una realidad medida, sin pretender restituir lo que vería un observador situado cerca del objeto.

El orden cromático

El dominio infrarrojo se divide en tres subdominios: el infrarrojo cercano (0,75 a 1,5 µm), el infrarrojo medio (1,5 a 30 µm) y el infrarrojo lejano (30 µm a 1 mm). El JWST cubre sobre todo los dos primeros.

Las longitudes de onda infrarrojas se convierten después en los colores del arcoíris, según un principio llamado "orden cromático": las más largas reciben los matices rojos, las más cortas los matices azules. Este enfoque permite mejorar la comunicación de la información: los mismos colores representan la misma información de una visualización a otra, y las imágenes siguen siendo agradables de mirar y de comprender.

La transposición de las longitudes de onda

Para ello, los desarrolladores de imágenes desplazan las longitudes de onda infrarrojas hacia la parte visible del espectro, a fin de que nuestros ojos puedan distinguirlas. Es exactamente como la transposición de un aria tocada al piano en una tonalidad diferente: el pianista cambia la altura de todas las notas en un intervalo constante, preservando las relaciones entre esas notas. En ambos casos, la melodía sigue siendo la misma.

La aplicación de los filtros

Los especialistas en tratamiento de imágenes aplican después filtros: un filtro rojo sobre la longitud de onda más lejana, un filtro verde sobre la longitud de onda media, un filtro azul sobre la longitud de onda más cercana, y a veces un filtro de banda estrecha coloreado en naranja. Los pies de foto publicados por la NASA precisan además el filtro asociado a cada color: para la nebulosa de la Tarántula vista por NIRCam, F090W es azul, F200W verde, F335M naranja y F444W rojo.

Tras superponer los filtros, los desarrolladores obtienen una primera imagen coloreada, más interesante pero aún no estéticamente satisfactoria. Es ahí donde interviene la creatividad humana: los desarrolladores de imágenes recurren a su sentido artístico, en diálogo con los científicos.

Durante estas manipulaciones, los detalles y la calidad mejoran progresivamente. Los retoques refuerzan el contraste y la nitidez sin modificar la información: pueden eliminar ruido y artefactos, pero no inventan ningún objeto ausente de los datos. El objetivo sigue siendo, ante todo, producir una imagen bella de mirar, fiel a las medidas.

La Tarántula se viste de luz infrarroja

La nebulosa de la Tarántula revelada

Situada en la Gran Nube de Magallanes, a unos 161.000 años luz, la nebulosa de la Tarántula (30 Doradus) es la mayor y más brillante región de formación de estrellas del Grupo Local, el conjunto de galaxias próximas a la Vía Láctea. La cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) de Webb desvela decenas de miles de estrellas jóvenes nunca observadas antes, ocultas por el polvo.

Cuando el infrarrojo medio perfora el polvo

En el infrarrojo medio observado por MIRI, la región cambia de aspecto: las estrellas calientes del centro se desvanecen, mientras que el gas y el polvo más fríos se vuelven visibles. Puntos de luz señalan protoestrellas aún enterradas, que siguen acumulando materia.

Una estrella que sale de su capullo

Las observaciones del espectrógrafo NIRSpec, en espectroscopia de campo integral, permitieron precisar una estructura de aspecto burbujeante detectada en la imagen de NIRCam. Los espectros muestran que no se trata de una burbuja soplada por una estrella joven, sino de la cima de un pilar denso de gas y polvo, esculpido por la radiación de las estrellas masivas vecinas. La estrella, aún protegida por este capullo, apenas comienza a salir de él.

¿Y mañana?

El relevo del telescopio Nancy Grace Roman

El telescopio Nancy Grace Roman de la NASA será también un telescopio infrarrojo, pero concebido para observar vastas porciones del cielo en lugar de objetivos aislados. Su lanzamiento está previsto ya para finales de 2026. Complementará al JWST, que sobresale en el estudio detallado de objetos precisos, con sondeos a gran escala.

Lo que hay que recordar

Una clave de la cosmología moderna

En suma, la observación en el infrarrojo se impone como una clave indispensable de la cosmología moderna: revela regiones que la luz visible no puede alcanzar, perforando los velos de polvo que disimulan las guarderías estelares, y desvelando objetos fríos y lejanos que cualquier otro método dejaría en la sombra.

Una ventana sobre lo invisible

Gracias a esta ventana sobre lo invisible, los astrónomos pueden ahora rastrear el nacimiento de las estrellas, escrutar la atmósfera de los exoplanetas, reconstituir el ensamblaje de las galaxias a lo largo de miles de millones de años y acercarse a los primeros capítulos de la evolución del Universo.