Desde que o primeiro exoplaneta foi descoberto em 1992, os astrônomos detectaram mais de 5.000 planetas orbitando outras estrelas. Mas quando os astrônomos detectam um novo exoplaneta, não aprendemos muito sobre ele: sabemos que ele existe e algumas características sobre ele, mas o resto é um mistério.
Para contornar as limitações físicas dos telescópios, os astrofísicos da Universidade de Stanford estão trabalhando em uma nova técnica de imagem conceitual que seria 1.000 vezes mais precisa do que a tecnologia de imagem mais forte atualmente em uso. Ao aproveitar o efeito de deformação da gravidade no espaço-tempo, chamado de lente, os cientistas poderiam manipular esse fenômeno para criar imagens muito mais avançadas do que qualquer presente hoje.
Em um artigo publicado em 2 de maio no The Astrophysical Journal, os pesquisadores descrevem uma maneira de manipular as lentes gravitacionais solares para ver planetas fora do nosso sistema solar. Ao posicionar um telescópio, o sol e o exoplaneta em uma linha com o sol no meio, os cientistas poderiam usar o campo gravitacional do sol para ampliar a luz do exoplaneta à medida que ele passa. Ao contrário de uma lupa que tem uma superfície curva que desvia a luz, uma lente gravitacional tem um espaço-tempo curvo que permite a imagem de objetos distantes.
“Queremos tirar fotos de planetas que orbitam outras estrelas que sejam tão boas quanto as fotos que podemos fazer de planetas em nosso próprio sistema solar”, disse Bruce Macintosh, professor de física da Escola de Humanidades e Ciências de Stanford e vice-diretor do Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC). “Com esta tecnologia, esperamos tirar uma foto de um planeta a 100 anos-luz de distância que tenha o mesmo impacto que a foto da Terra feita pela Apollo 8.”
O problema, no momento, é que sua técnica proposta exigiria viagens espaciais mais avançadas do que as atualmente disponíveis. Ainda assim, a promessa desse conceito e o que ele pode revelar sobre outros planetas faz com que valha a pena continuar em consideração e desenvolvimento, disseram os pesquisadores.
As vantagens da flexão de luz
As lentes gravitacionais não foram observadas experimentalmente até 1919 durante um eclipse solar. Com a lua obstruindo a luz do sol, os cientistas puderam ver estrelas próximas ao sol deslocadas de suas posições conhecidas. Esta foi uma prova inequívoca de que a gravidade pode dobrar a luz e a primeira evidência observacional de que a teoria da relatividade de Einstein estava correta. Mais tarde, em 1979, Von Eshleman, professor de Stanford, publicou um relato detalhado de como astrônomos e naves espaciais poderiam explorar a lente gravitacional solar. (Enquanto isso, astrônomos, incluindo muitos do KIPAC de Stanford, agora usam rotineiramente a poderosa gravidade das galáxias mais massivas para estudar a evolução inicial do universo.)
Mas foi somente em 2020 que a técnica de imagem foi explorada em detalhes para observar planetas. Slava Turyshev, do Laboratório de Propulsão a Jato do Instituto de Tecnologia da Califórnia, descreveu uma técnica em que um telescópio espacial poderia usar foguetes para escanear os raios de luz de um planeta para reconstruir uma imagem clara, mas a técnica exigiria muito combustível e tempo.
Com base no trabalho de Turyshev, Alexander Madurowicz, Ph.D. estudante do KIPAC, inventou um novo método que pode reconstruir a superfície de um planeta a partir de uma única imagem tirada olhando diretamente para o sol. Ao capturar o anel de luz ao redor do sol formado pelo exoplaneta, o algoritmo que Madurowicz projetou pode distorcer a luz do anel revertendo a curvatura da lente gravitacional, que transforma o anel de volta em um planeta redondo.
Madurowicz demonstrou seu trabalho usando imagens da Terra em rotação obtidas pelo satélite DSCOVR que fica entre a Terra e o Sol. Em seguida, ele usou um modelo de computador para ver como seria a Terra olhando através dos efeitos de distorção da gravidade do sol. Ao aplicar seu algoritmo às observações, Madurowicz conseguiu recuperar as imagens da Terra e provar que seus cálculos estavam corretos.
Para capturar uma imagem de exoplaneta através da lente gravitacional solar, um telescópio teria que ser colocado pelo menos 14 vezes mais longe do sol do que Plutão, além da borda do nosso sistema solar, e mais longe do que os humanos já enviaram uma espaçonave. Mas, a distância é uma pequena fração dos anos-luz entre o sol e um exoplaneta.
“Ao dobrar a luz dobrada pelo sol, uma imagem pode ser criada muito além da de um telescópio comum”, disse Madurowicz. “Então, o potencial científico é um mistério inexplorado porque está abrindo essa nova capacidade de observação que ainda não existe”.
Pontos turísticos além do sistema solar
Atualmente, para obter imagens de um exoplaneta na resolução descrita pelos cientistas, precisaríamos de um telescópio 20 vezes maior que a Terra. Ao usar a gravidade do sol como um telescópio, os cientistas podem explorar isso como uma enorme lente natural. Um telescópio do tamanho do Hubble em combinação com a lente gravitacional solar seria suficiente para visualizar exoplanetas com potência suficiente para capturar detalhes finos na superfície.
“A lente gravitacional solar abre uma janela totalmente nova para observação”, disse Madurowicz. “Isso permitirá a investigação da dinâmica detalhada das atmosferas do planeta, bem como as distribuições de nuvens e características da superfície, que não temos como investigar agora”.
Madurowicz e Macintosh dizem que levará no mínimo 50 anos antes que essa tecnologia possa ser implantada, provavelmente mais. Para que isso seja adotado, precisaremos de naves espaciais mais rápidas porque, com a tecnologia atual, pode levar 100 anos para viajar até a lente. Usando velas solares ou o sol como um estilingue gravitacional, o tempo pode ser tão curto quanto 20 ou 40 anos. Apesar da incerteza da linha do tempo, a possibilidade de ver se alguns exoplanetas têm continentes ou oceanos, disse Macintosh, os impulsiona. A presença de qualquer um é um forte indicador de que pode haver vida em um planeta distante.
“Este é um dos últimos passos para descobrir se há vida em outros planetas”, disse Macintosh. “Ao tirar uma foto de outro planeta, você pode olhar para ele e possivelmente ver amostras verdes que são florestas e manchas azuis que são oceanos – com isso, seria difícil argumentar que não tem vida”.
Publicado em 05/05/2022 17h32
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