A NASA planeja divulgar as primeiras imagens tiradas pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) em 12 de julho de 2022. Eles marcarão o início da próxima era na astronomia, já que o Webb – o maior telescópio espacial já construído – começará a coletar dados científicos que ajudarão a responder a perguntas sobre os primeiros momentos da existência do universo e permitirão que os astrônomos estudem exoplanetas com mais detalhes do que nunca antes. Mas foram necessários quase oito meses de viagem, configuração, testes e calibração para garantir que este telescópio mais valioso estivesse pronto para o horário nobre.
O mais poderoso espaço o telescópio, uma vez em órbita, perscrutará mais longe no espaço – e, portanto, mais atrás no tempo – do que qualquer tecnologia anterior, permitindo que os astrônomos vejam as condições que existiam logo após o Big Bang.
Onde tudo começa para o telescópio da NASA?
Em nossa galáxia Via Láctea, o telescópio explorará mundos fora do sistema solar – planetas extra-solares ou exoplanetas – estudando suas atmosferas em busca de sinais indicadores de vida, como moléculas orgânicas e água.
Após o lançamento bem-sucedido do Telescópio James Webb em 25 de dezembro de 2021, a equipe iniciou o longo processo de movê-lo para sua posição orbital final, desmontando o telescópio e, assim que as coisas esfriaram, calibrando as câmeras e sensores a bordo. O lançamento foi tranquilo. Uma das primeiras coisas que os cientistas da NASA notaram foi que o telescópio tinha mais combustível a bordo do que o esperado para futuros ajustes em sua órbita. Isso permitiria que o Webb operasse por muito mais tempo do que a meta original de 10 anos da missão.
A primeira tarefa na jornada lunar de Webb para sua localização final em órbita foi implantar o telescópio. Foi sem problemas, começando com a implantação da viseira solar que ajuda a resfriar o telescópio. Depois houve o alinhamento dos espelhos e a inclusão de sensores. As câmeras do Webby estavam esfriando, exatamente como os engenheiros haviam previsto, e o primeiro instrumento que a equipe ligou foi a Near Infrared Camera, ou NIRCam. O NIRCam foi projetado para estudar a fraca luz infravermelha emitida pelas estrelas ou galáxias mais antigas do universo. Mas o que vem depois?
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O universo primitivo na faixa do infravermelho
Como a luz leva um tempo finito para viajar pelo espaço, quando os astrônomos observam objetos, eles estão realmente olhando para o passado. A luz do Sol leva cerca de sete minutos para chegar à Terra, então quando olhamos para o Sol, vemos como era sete minutos atrás.
Vemos objetos distantes como eram séculos ou milênios atrás, e observamos os objetos e galáxias mais distantes antes mesmo da formação da Terra, e quando os vemos, eles podem estar fundamentalmente alterados ou até destruídos.
O JWST é tão poderoso que será capaz de observar o universo como existia há cerca de 13,6 bilhões de anos, 200 milhões de anos após o período de rápida inflação inicial que chamamos de Big Bang. Este é o passado mais antigo para o qual a humanidade já olhou. O que torna o JWST uma ferramenta tão poderosa para a geração de imagens do universo primitivo é que ele realiza suas observações na região infravermelha do espectro eletromagnético.
À medida que a luz viaja até nós a partir dessas fontes distantes, a expansão acelerada do universo estende essa luz. Isso significa que, embora a luz dessas primeiras estrelas e galáxias seja semelhante à de estrelas e galáxias próximas, seu comprimento de onda é "deslocado" para a região infravermelha do espectro eletromagnético.
As galáxias mais distantes e antigas
Uma maneira de o observatório identificar as primeiras galáxias é observando os seis quasares mais distantes e brilhantes. Os quasares estão localizados no centro dos núcleos galácticos ativos (AGN) e são alimentados por buracos negros supermassivos. Eles geralmente são mais brilhantes do que a radiação de todas as estrelas da galáxia em que estão localizadas, combinadas.
Os quasares selecionados pela equipe do JWST estão entre os mais brilhantes, o que significa que os buracos negros que os alimentam também são os mais poderosos, consumindo – ou melhor, acumulando – gás e poeira na taxa mais alta. Eles geram enormes quantidades de energia que aquecem o gás circundante e o empurram para fora, criando jatos poderosos que explodem através de galáxias para o espaço interestelar.
Além de usar quasares, que têm um efeito notável nas galáxias circundantes, para entender sua evolução, os pesquisadores do JWST também usarão quasares para estudar um período da história do universo chamado Era da Reionização. Foi o momento em que o universo se tornou mais transparente e permitiu que a luz viajasse livremente. Isso aconteceu porque o gás neutro no meio intergaláctico ficou carregado ou ionizado.
O JWST investigará isso usando quasares brilhantes como fontes de luz de fundo para estudar o gás entre nós e o quasar. Ao observar qual luz é absorvida pelo gás interestelar, os pesquisadores poderão determinar se o gás interestelar é neutro ou ionizado.
100 galáxias de uma vez
Um dos instrumentos que o JWST usará para observar o universo é o Near Infrared Spectrograph (NIRSpec). Este instrumento não produzirá imagens visualmente impressionantes das galáxias que observa, como a imagem grande angular de milhares de galáxias tirada pelo Telescópio Espacial Hubble (foto abaixo). Em vez disso, fornecerá informações espectrográficas importantes sobre essas galáxias, permitindo que muitas delas sejam vistas de uma só vez.
Os espectros dessas galáxias contêm muitas informações, em particular sobre a composição química. Ao estudar essas composições, os pesquisadores verão a rapidez com que as galáxias podem converter sua composição gasosa em estrelas e, assim, entender melhor a evolução do universo.
Para fazer isso com a precisão necessária, é necessário bloquear uma grande quantidade de luz, e isso geralmente significa estudar um objeto de cada vez. Alguns dos objetos que o JWST pretende estudar estão tão distantes que sua luz é incrivelmente fraca, o que significa que eles devem ser observados por centenas de horas para coletar dados suficientes para construir uma imagem espectral.
Felizmente, o NIRSpec está equipado com um quarto de milhão de janelas individuais com microobjetos do tamanho de um cabelo humano dispostos em um padrão de bolacha. Isso significa que, ao ajustar o padrão dessas persianas, o JWST poderá observar um grande número de objetos em uma visualização para observação simultânea e é programável para qualquer campo de objetos no céu. De acordo com estimativas da NASA, isso permitirá que o NIRSpec colete simultaneamente espectros de 100 observatórios, algo que nenhum outro espectroscópio poderia fazer antes.
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Exoplanetas do tamanho de Júpiter
Desde meados da década de 1990 e a descoberta de um planeta orbitando uma estrela parecida com o Sol, nosso catálogo de exoplanetas se expandiu para incluir mais de 4 mundos confirmados. A maioria desses mundos, incluindo o exoplaneta 51 Pegasi b, descoberto pela equipe suíça de Michel Maior e Didier Calo em 1995, são Júpiteres quentes. Esses exoplanetas orbitam suas estrelas nas proximidades, normalmente completando uma revolução em poucas horas, tornando-os fáceis de detectar usando técnicas de observação de exoplanetas.
Esses mundos são muitas vezes ligados à sua estrela, o que significa que um lado, o lado do dia eterno, é muito quente. Um exemplo notável de tal mundo é o WASP-121b, recentemente observado pela câmera espectroscópica a bordo do Hubble. Ligeiramente maior que Júpiter em nosso sistema solar, ferro e alumínio vaporizam no lado diurno deste planeta, e esse vapor é levado para o lado noturno por ventos supersônicos. À medida que esses elementos esfriam, eles precipitam como chuva metálica, com a possibilidade de que parte do alumínio possa se combinar com outros elementos e precipitar como chuvas líquidas de rubi e safira.
A proximidade desses planetas gigantes com sua estrela-mãe pode causar forças de maré para dar-lhes a forma de uma bola de rugby. O que aconteceu com o exoplaneta WASP-103b. Parte do papel do JWST de sua posição a um milhão de km da Terra será estudar os ambientes e atmosferas desses planetas agressivos.
Super Terras
Outra categoria de exoplanetas que o telescópio espacial usará para observar são as chamadas super-Terras. Estes são mundos que podem ser 10 vezes mais massivos que a Terra, mas mais leves que gigantes de gelo como Netuno ou Urano.
As super-Terras não precisam necessariamente ser rochosas, como o nosso planeta, mas podem consistir em gás ou mesmo em uma mistura de gás e rocha. A NASA diz que na faixa de 3 a 10 massas terrestres, pode haver uma grande variedade de composições planetárias, incluindo mundos aquáticos, planetas bola de neve ou planetas que, como Netuno, são compostos principalmente de gás denso.
As duas primeiras super-Terras a ficarem sob o radar do JWST da NASA serão o 55 Cancri e coberto de lava, que parece ser um planeta rochoso a 41 anos-luz de distância, e o LHS 3844b, que tem o dobro do tamanho da Terra e parece têm uma superfície rochosa, semelhante à lua, mas desprovida de uma atmosfera significativa.
Ambos os mundos parecem bastante inadequados para a vida como a conhecemos, mas outros exoplanetas em vários lugares da Via Láctea que serão estudados pelo JWST podem ser mais promissores.
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Sistema TRAPPIST-1
Durante o primeiro ciclo operacional, o telescópio estudará de perto o sistema TRAPPIST-1, localizado a 41 anos-luz da Terra. O que torna esse sistema planetário, descoberto em 2017, incomum é o fato de seus sete mundos rochosos existirem na zona de atividade de sua estrela, tornando-o o maior mundo terrestre potencialmente habitável já descoberto.
Os astrônomos definem a zona habitável em torno de uma estrela como a região onde a temperatura permite a existência de água líquida. Como essa região não é nem muito quente nem muito fria para a existência de água líquida, é frequentemente chamada de Zona Cachinhos Dourados.
No entanto, estar nesta zona não significa que o planeta seja habitável. Tanto Vênus quanto Marte estão dentro da zona ao redor do Sol, e nenhum dos planetas pode suportar confortavelmente a vida como a entendemos devido a outras condições. A Planetary Society sugere que outros fatores, como a força do vento solar, a densidade do planeta, a predominância de grandes luas, a orientação da órbita do planeta e a rotação do planeta (ou aparente falta dela) podem ser fatores-chave. para habitabilidade.
Moléculas orgânicas e nascimento planetário
Uma das vantagens do levantamento infravermelho do universo pelo JWST da NASA é a capacidade de perscrutar nuvens densas e massivas de gás e poeira interestelar. Embora isso possa não parecer muito empolgante, a perspectiva se torna muito mais atraente quando você considera que esses são os lugares onde estrelas e planetas nascem e são chamados de berçários estelares.
Essas regiões do espaço não podem ser observadas no espectro de luz visível porque o conteúdo de poeira as torna opacas. No entanto, essa poeira permite a propagação da radiação eletromagnética na faixa de comprimento de onda do infravermelho. Isso significa que o JWST poderá estudar as regiões densas dessas nuvens de gás e poeira à medida que colapsam e formam estrelas.
Além disso, o telescópio espacial também poderá estudar os discos de poeira e gás que cercam estrelas jovens e dão origem a planetas. Não só poderia mostrar como planetas como os do Sistema Solar, incluindo a Terra, se formam, mas também poderia mostrar como as moléculas orgânicas vitais para a vida são distribuídas dentro desses discos protoplanetários.
E há um berçário estelar que será trabalhado por pesquisadores que tenham tempo para observar o JWST em particular.
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Pilares da criação
Os Pilares da Criação são uma das mais brilhantes e belas visões cósmicas já retratadas pela humanidade. O Telescópio Espacial Hubble, que capturou as belas imagens dos Pilares da Criação (foto abaixo), foi capaz de perscrutar profundamente essas torres de gás e poeira de um ano-luz de altura.
Localizadas na Nebulosa da Águia e a 6500 anos-luz da Terra na constelação da Serpente, as colunas opacas – os Pilares da Criação – são locais de intensa formação estelar. Para reunir detalhes dos processos de nascimento de estrelas dentro dos pilares, o Hubble os observou em luz ótica e infravermelha.
A luz infravermelha é necessária para observar os processos que ocorrem dentro dos Pilares da Criação porque, como acontece com outras manjedouras, a luz visível não pode penetrar na poeira densa dessa nebulosa de emissão.
O Hubble é otimizado para luz visível, mas ainda conseguiu tirar impressionantes imagens infravermelhas dos pilares, mostrando algumas das estrelas jovens que vivem dentro deles. Foi isso que empolgou a equipe do JWST – seu poderoso telescópio espacial infravermelho revelaria essa fascinante região do espaço.
Júpiter, seus anéis e satélites
Um dos alvos do telescópio espacial no sistema solar será o maior planeta, o gigante gasoso Júpiter. Segundo a NASA, uma equipe de mais de 40 pesquisadores desenvolveu um programa de observação que estudará Júpiter, seu sistema de anéis e suas duas luas: Ganimedes e Io. Esta será uma das primeiras pesquisas de telescópio no Sistema Solar, exigindo que ele seja calibrado contra o brilho do gigante gasoso, além de poder observar seu sistema de anéis muito mais escuro.
A equipe do JWST que observará Júpiter também deve levar em conta o dia de 10 horas do planeta. Isso exigiria "costurar" imagens separadas para estudar uma região específica do quinto planeta que orbita rapidamente para longe do Sol, como a Grande Mancha Vermelha - a maior tempestade do Sistema Solar, profunda e ampla o suficiente para engolir toda a Terra .
Os astrônomos tentarão entender melhor o motivo das flutuações na temperatura da atmosfera acima da Grande Mancha Vermelha, as características dos extraordinários anéis escuros de Júpiter e a presença de um oceano líquido de água salgada sob a superfície da lua de Júpiter, Ganimedes.
Asteroides e objetos próximos da Terra
Um dos outros papéis importantes que o JWST desempenhará no Sistema Solar é o estudo de asteróides e outros corpos menores do Sistema na faixa do infravermelho. O estudo incluirá o que a NASA classifica como Objetos Próximos à Terra (NEOs), que são cometas e asteroides que foram empurrados pela atração gravitacional de planetas próximos em órbitas que lhes permitem entrar na vizinhança da Terra.
O JWST realizará observações de asteroides e NEOs na faixa do infravermelho, o que não é possível da atmosfera da Terra usando telescópios terrestres ou telescópios espaciais menos poderosos. O objetivo dessas avaliações de asteroides será estudar a absorção e emissão de luz da superfície desses corpos, o que deve ajudar a entender melhor sua composição. O JWST também permitirá que os astrônomos classifiquem melhor as formas dos asteroides, seu teor de poeira e como eles emitem gás.
O estudo dos asteroides é vital para os cientistas que buscam entender o nascimento do Sistema Solar e seus planetas há 4,5 bilhões de anos. Isso ocorre porque eles são compostos de materiais "não corrompidos" que existiam quando os planetas estavam se formando e que escaparam da gravidade de corpos menores formadores de planetas.
Além de estudar o nascimento de planetas, estrelas e os primeiros momentos das próprias galáxias, esta missão mais uma vez demonstra como o JWST resolverá alguns dos mistérios mais fundamentais da ciência.
Qual é o próximo?
A partir de 15 de junho de 2022, todos os instrumentos Webb da NASA estão ligados e as primeiras imagens foram tiradas. Além disso, quatro modos de imagem, três modos de série temporal e três modos espectroscópicos foram testados e certificados, restando apenas três. Como já mencionado, em 12 de julho, a NASA planeja lançar um conjunto de observações teaser ilustrando as capacidades do Webb. Eles mostrarão a beleza das imagens do espaço, além de darem aos astrônomos uma ideia da qualidade dos dados que receberão.
Após 12 de julho, o Telescópio Espacial James Webb começará a trabalhar plenamente em sua missão científica. O cronograma detalhado para o próximo ano ainda não foi divulgado, mas astrônomos de todo o mundo aguardam ansiosamente os primeiros dados do telescópio espacial mais poderoso já construído.
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