O “NIRSpec será um divisor de águas.”
“Uma das regras para construir naves espaciais é ter o menor número possível de peças móveis”, sorri Andy Bunker, astrofísico da Universidade de Oxford. “E é por isso que construímos algo que tem um quarto de milhão de persianas.”
Bunker está falando sobre o NIRSpec, o Near Infrared Spectrograph, um dos quatro instrumentos do Telescópio Espacial James Webb, que estão se preparando para abrir os olhos para o cosmos. Ele é um dos sete cientistas europeus que moldaram o design do NIRSpec (que é financiado pela Agência Espacial Europeia), e agora aguarda ansiosamente o momento em que o instrumento começará a fornecer dados.
“Sempre me interessei em ultrapassar o limite para o objeto conhecido mais distante”, disse Bunker ao Space.com. “Isso vai além de simplesmente manter o recorde. Trata-se de entender os estágios iniciais do universo, quando as primeiras estrelas e galáxias se formaram. E estamos tentando perseguir isso.”
Com seu espelho gigante de 6,5 metros de largura, o Webb foi construído para estudar as galáxias mais antigas e distantes que surgiram no universo jovem a partir de poeira e gás após a idade das trevas após o Big Bang. Ele fará isso observando a luz infravermelha, a parte que transporta calor do espectro eletromagnético com comprimentos de onda mais longos do que a luz visível. Os cientistas sabem que, embora essas primeiras estrelas emitissem luz visível, devido à sua vasta distância e à expansão do universo, essa luz se deslocou para a parte infravermelha do espectro, um efeito conhecido como redshift.
O NIRSpec, com seu quarto de milhão de microshutters, que quebra as regras, dará um impulso às capacidades do Webb. De fato, o NIRSPec excederá em mais de cem vezes a capacidade de um instrumento similar voado no Telescópio Espacial Hubble, que é, em muitos aspectos, considerado o antecessor do Webb (embora os dois funcionem em paralelo, por algum tempo).
Impressões digitais galácticas
O NIRSPec pode não ser o instrumento que produzirá as imagens mais atraentes, como os famosos instantâneos dos pilares da criação e os campos profundos inspiradores do Hubble. Essa será a tarefa das câmeras NIRCam e MIRI.
O NIRSpec, no entanto, fornecerá uma quantidade sem precedentes de informações não apenas sobre as galáxias, estrelas e planetas fotografados pelo NIRCam e MIRI, mas centenas e milhares de outros.
Como espectrógrafo, o NIRSpec não captura imagens. Ele divide a luz de entrada em componentes individuais do espectro de luz. Esse espectro, como uma impressão digital, reflete as propriedades de absorção de luz dos objetos fotografados e, portanto, sua composição química. Cada elemento químico presente no corpo observado absorve a luz de uma determinada maneira, que se mostra como uma linha distinta no espectro capturado. Ao capturar o espectro de um objeto, os pesquisadores podem determinar quais compostos químicos podem estar presentes.
“Cientificamente, os espectros são extremamente valiosos”, disse Bunker. “Há muitas informações codificadas neles. Podemos mapear como os elementos químicos se acumulam nas galáxias, mas também determinar a distância e as propriedades das galáxias, como a taxa em que transformam seu gás em estrelas.”
Para obter as impressões digitais desses objetos com precisão, os espectrógrafos precisam bloquear todas as outras luzes de seu campo de visão. Espectrógrafos convencionais, como os do Hubble, fazem isso usando uma fenda, uma abertura estreita em uma placa de metal através da qual miram apenas o objeto estudado.
“A fenda permite que você fique o mais sensível possível”, disse Bunker. “Mas a limitação é fazer apenas um objeto de cada vez. É muito ineficaz, principalmente se você olhar para alguns dos campos profundos onde você tem densidades muito altas de objetos potencialmente interessantes.”
Acrescente a isso que alguns dos objetos que Webb estudará são tão distantes e fracos que o telescópio terá que observá-los por centenas de horas para coletar luz suficiente, e a limitação de tal abordagem se torna óbvia.
Espectrografia amplificada
É aqui que entram os microobturadores do NIRSPec. Cada um com a largura de um fio de cabelo humano, esses microobjetos podem abrir em vários padrões, criando com flexibilidade uma infinidade de fendas que permitirão aos astrônomos observar e medir uma centena (ou mais) galáxias no mesmo tempo, disse Bunker.
O primeiro espectrógrafo deste tipo a voar no espaço, o NIRSpec apresenta uma gama de tecnologias inovadoras. O próprio conjunto de microobturadores, desenvolvido por engenheiros do Goddard Space Flight Center da NASA, é organizado em quatro seções retangulares, cada uma com 365 por 171 microobturadores.
Um ímã controlado eletricamente varre a parte de trás dessas matrizes. Ao aplicar seletivamente uma corrente elétrica a cada microobturador, as equipes de controle de solo determinam quais persianas abrem e quais permanecem fechadas. Os engenheiros, no entanto, não podem abrir microobjetos muito próximos uns dos outros, pois os espectros dos objetos observados se sobrepõem. Isso deixa a possibilidade de estudar cerca de cem objetos ao mesmo tempo.
“Esses microobturadores são bastante frágeis, então esperamos que uma fração deles falhe”, disse Bunker. “Isso não é grande coisa, porque ainda poderemos usar os outros. Alguns também podem ficar presos abertos, o que adicionaria alguma luz de fundo extra, mas isso seria muito pouco.”
Um trocador de jogo
As vastas quantidades de estrelas, galáxias, aglomerados, planetas e outros corpos que o NIRSpec vai analisar permitirão aos cientistas começar a responder às grandes questões não sobre estrelas e galáxias individuais, mas sobre todo o universo.
“NIRSpec será um divisor de águas”, disse Bunker. “O número de objetos que seremos capazes de enfrentar nos permitirá começar a ver como várias variáveis dependem umas das outras. Por exemplo, como a taxa na qual as estrelas estão se formando nas galáxias varia com a massa da galáxia ou sua idade.”
Com a ajuda do NIRSpec, os astrônomos poderão não apenas ver as primeiras estrelas e galáxias que se formaram no universo, mas também saber do que eram feitas e como, ao morrer, deram origem a outros elementos químicos que gradativamente povoou o universo como o vemos hoje.
“Sabemos que o hidrogênio e o hélio se formaram no Big Bang”, disse Bunker. “Mas todos os elementos mais pesados se formaram nas estrelas durante sua vida ou quando morreram. Então, em função do tempo, o número e a fração desses elementos mais pesados devem aumentar nas galáxias. E esperamos medir isso diretamente.”
Abrindo suas persianas
Desde que o Webb atingiu seu destino em janeiro, o chamado Lagrange Point 2 (L2) a cerca de 1 milhão de quilômetros da Terra, o telescópio está esfriando até sua temperatura operacional de menos 369,4 graus Fahrenheit (menos 223 graus). Celsius). Como o Webb persegue a luz infravermelha e como a luz infravermelha é essencialmente calor, qualquer calor emitido pelo próprio telescópio deslumbraria seus detectores super sensíveis.
Com o Webb tão frio quanto precisa ser, seus quatro instrumentos estão gradualmente abrindo seus “olhos” (ou micro-obturadores), permitindo que os cientistas, pela primeira vez, testem seu desempenho não em laboratório, mas no ambiente real do espaço.
“Temos várias atividades para o NIRSpec nos próximos três meses”, disse Bunker. “Estamos quantificando quantos obturadores podem ser usados e qual é sua sensibilidade. Mas acho que, em geral, o telescópio está funcionando extremamente bem.”
O público, no entanto, terá que esperar pelo menos até o início de julho, para finalmente ter um vislumbre do universo através dos olhos do telescópio espacial mais complexo e caro já construído.
Publicado em 14/04/2022 07h57
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