O Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA é muitas vezes referido como o sucessor do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. Na verdade, é o sucessor de muito mais. Com a inclusão do Mid-Infrared Instrument (MIRI), Webb também conseguiu telescópios espaciais infravermelhos, como o Observatório Espacial Infravermelho (ISO) da ESA e o Telescópio Espacial Spitzer da NASA.
Na faixa do infravermelho médio, o universo é muito diferente do que estamos acostumados a ver com nossos olhos. Estendendo-se de 3 a 30 micrômetros, o infravermelho médio detecta objetos celestes com temperaturas entre 30 e 700º C. Nesse modo, objetos que aparecem escuros em imagens de luz visível agora brilham intensamente.
"Esta é uma faixa de comprimento de onda muito interessante em termos da química que pode ser feita e como você pode entender o processo de formação estelar e o que acontece nos núcleos das galáxias", disse Gillian Wright, investigadora principal do consórcio europeu que desenvolveu o estudo. Instrumento MIRI. - Nossos primeiros vislumbres reais do espaço no infravermelho médio foram obtidos com a ISO, que operou de novembro de 1995 a outubro de 1998. Chegando em órbita em 2003, o Spitzer fez mais progressos em comprimentos de onda semelhantes. As descobertas do ISO e do Spitzer destacaram a necessidade de recursos de infravermelho médio com áreas de coleta maiores para melhor sensibilidade e resolução angular para abordar muitas questões importantes na astronomia”.
Jillian e outros começaram a sonhar com um instrumento que pudesse ver o infravermelho médio em detalhes vívidos. Infelizmente para eles, a ESA e a NASA viram os comprimentos de onda mais curtos do infravermelho próximo como o alvo principal do Webb. A ESA liderou o desenvolvimento de um espectrômetro de infravermelho próximo chamado NIRSpec, enquanto a NASA visava um termovisor chamado NIRCam.
Sem se deixar abater, quando a ESA anunciou uma chamada para aplicações para estudar seu espectrômetro de infravermelho próximo, Jillian e seus colegas viram uma oportunidade. "Eu liderei uma equipe que enviou uma resposta bastante ousada. Dizia que estudaríamos o espectrógrafo de infravermelho próximo, mas também teríamos um canal adicional que trataria de todos esses estudos científicos de infravermelho médio. E apresentamos um caso científico de por que a astronomia no infravermelho médio seria fantástica no Webb”, diz ela.
Embora sua equipe não tenha ganhado esse contrato em particular, o movimento ousado ajudou a aumentar o perfil da astronomia do infravermelho médio na Europa, e ela mesma foi convidada a representar esses interesses científicos em outro estudo da ESA que examina a capacidade da indústria europeia de construir instrumentos infravermelhos. . Com o apoio de instituições académicas de toda a Europa, parte desta investigação foi dedicada a instrumentos na gama do infravermelho médio.
Os resultados foram tão animadores, assim como os resultados de estudos paralelos liderados pelos Estados Unidos, que o interesse por tal dispositivo tornou-se ainda maior. Tendo reunido um grupo internacional de cientistas e engenheiros na Europa dispostos e capazes de projetar e construir o instrumento – e, crucialmente, levantar o dinheiro para fazê-lo – Jillian e seus colegas encorajaram e gradualmente convenceram a ESA e a NASA a incluí-lo no projeto. Programa Webb.
Estender a liderança europeia nesta forma de trabalhar ao domínio da cooperação internacional com os EUA, à missão emblemática da NASA, onde a cultura de construção de instrumentos é tão diferente, não era uma receita garantida de sucesso. “O maior medo era que essa complexidade fosse a maior ameaça ao instrumento”, diz José Lorenzo Alvarez, gerente do instrumento MIRI da ESA. Mas o risco valeu a pena.
Além de atrair recursos próprios, o consórcio recebeu mais uma ressalva: o instrumento não deve afetar as temperaturas de operação e a ótica do Webb. Em outras palavras, o telescópio permanecerá otimizado para instrumentos de infravermelho próximo, e o MIRI aceitará tudo o que conseguir. Isso limitaria o desempenho do instrumento além de dez micrômetros, mas para Jillian era um pequeno preço a pagar.
Um dos maiores obstáculos tecnológicos era que o MIRI tinha que operar a uma temperatura mais baixa do que os instrumentos de infravermelho próximo. Isso foi feito usando um mecanismo de resfriamento criogênico fornecido pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA. Para ser sensível às ondas do infravermelho médio, o MIRI opera a uma temperatura de cerca de -267°C.
Isso é menor do que a temperatura média da superfície de Plutão de cerca de 40 Kelvin (-233°C). Coincidentemente, esta é a temperatura na qual outros instrumentos e o telescópio funcionam. Ambas as temperaturas são extremamente baixas, mas por causa dessa diferença, o calor do telescópio ainda se infiltraria no MIRI uma vez que fosse conectado ao telescópio se eles não fossem isolados termicamente um do outro.
Outro desafio foi o espaço limitado disponível para o instrumento no telescópio. Isso foi ainda mais difícil porque o MIRI deveria ser efetivamente dois instrumentos em um – um gerador de imagens e um espectrômetro. Isso exigiu algum trabalho de design inteligente.
Mesmo depois que o instrumento foi concluído e entregue à NASA para integração com o restante do telescópio, a equipe enfrentou ainda mais desafios.
O telescópio extremamente complexo levou mais tempo para ser construído do que qualquer um poderia imaginar, o que significa que o MIRI e outros instrumentos terão que permanecer na Terra por muito mais tempo do que o planejado originalmente.
Então, no dia de Natal de 2021, o veículo de lançamento Ariane 5 da ESA colocou a espaçonave em órbita em um lançamento perfeito. Nas semanas e meses seguintes, as equipes terrestres prepararam o telescópio e seus instrumentos e os entregaram aos cientistas. Juntamente com outros instrumentos, o MIRI agora está enviando dados com os quais os cientistas apenas sonhavam.
Os dados do MIRI foram amplamente apresentados nas primeiras imagens do Webb, incluindo as "montanhas" e "vales" da Nebulosa Carina, o grupo de galáxias interativo Stefan Quintet e a Nebulosa do Anel do Sul. As imagens subsequentes continuaram a elevar o nível em termos de beleza e ciência. No entanto, como o MIRI é um grande avanço em relação a qualquer instrumento de infravermelho médio anterior, o padrão também está sendo elevado em termos de capacidade de interpretação de imagem.
Mas esta é a essência da ciência avançada, e os astrônomos já estão correndo para desenvolver modelos de computador mais detalhados que possam dizer mais sobre os vários processos físicos que fazem com que os dados apareçam na faixa do infravermelho médio.
O MIRI, juntamente com outras ferramentas na Web, tem o potencial de avançar em todos os campos da astronomia. Esse é o tipo de ciência transformadora que só se torna possível por meio de uma expansão significativa de possibilidades. E é uma grande prova do trabalho em equipe e da colaboração internacional que envolveu a construção do telescópio em geral e do MIRI em particular.
Você pode ajudar a Ucrânia a lutar contra os invasores russos. A melhor maneira de fazer isso é doar fundos para as Forças Armadas da Ucrânia através Salva vida ou através da página oficial NBU.
Leia também:
- Hubble avistou um par de objetos Gerbig-Aro na constelação de Orion
- O telescópio James Webb estudará exoplanetas habitáveis