NASA prepara tecnologia revolucionária para o observatório de exoplanetas
O planejamento está em pleno andamento para o Observatório de Mundos Habitáveis da NASA (HWO), que vasculhará as atmosferas de planetas fora do sistema solar em busca de sinais reveladores de vida alienígena.
Nesta semana, foi realizada uma oficina no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), na qual cientistas e engenheiros discutiram o estado da tecnologia que poderia ser empregada pelo HWO, um dos próximos grandes projetos de telescópio da NASA após o Telescópio Espacial James Webb (JWST).
A busca por sinais de vida nas atmosferas de planetas fora do sistema solar que orbitam estrelas distantes – exoplanetas – é semelhante a procurar uma agulha no palheiro cósmico. Afinal, a NASA estima que existam vários bilhões de planetas do tamanho da Terra nas zonas habitáveis de suas estrelas, regiões com as temperaturas adequadas para permitir a existência de água líquida. E isso só na Via Láctea.
No entanto, os cientistas têm pelo menos uma boa ideia do que devem procurar, bem como conhecimento dos sinais que poderiam potencialmente indicar vida.
“Queremos sondar as atmosferas desses exoplanetas em busca de oxigênio, metano, vapor de água e outros produtos químicos que poderiam sinalizar a presença de vida”, disse Nick Siegler, tecnólogo-chefe do Programa de Exploração de Exoplanetas da NASA, em um comunicado. “Não veremos pequenos homens verdes, mas sim assinaturas espectrais desses produtos químicos-chave, ou o que chamamos de biossinais.”
O HWO foi proposto pela primeira vez como uma prioridade máxima pelo Levantamento Decadal de Astronomia e Astrofísica 2020 (Astro2020), um roteiro de metas para a comunidade de astronomia nos próximos dez anos. Isso ocorre porque, além de procurar sinais de vida fora do sistema solar e ajudar os astrônomos a entender sistemas planetários inteiros, o observatório também desempenhará um papel importante nas investigações astrofísicas.
Embora a missão esteja programada para ser lançada no final dos anos 2030 ou início dos anos 2040, o avanço das tecnologias que o telescópio utilizará agora pode ajudar a evitar custos excessivos mais tarde, de acordo com Dmitry Mawet, membro do Grupo de Avaliação Técnica (TAG) do HWO.
Blocando a luz de estrelas distantes
Para realizar investigações profundas das atmosferas dos exoplanetas a fim de buscar sinais de vida, o HWO aproveitará sua capacidade de bloquear os reflexos das estrelas que orbitam esses exoplanetas.
Bloquear a luz intensa proveniente dessas estrelas permitirá que os fragmentos mais fracos da luz estelar, refletidos pelas atmosferas dos planetas em órbita ao redor dessas estrelas, sejam vistos. Elementos químicos e compostos absorvem e emitem luz em comprimentos de onda únicos característicos de suas composições, o que significa que a luz exposta à atmosfera de um planeta carrega as impressões digitais dos elementos dos quais é feita.
Os cientistas pegam essa luz e, usando um processo chamado espectroscopia, procuram essas impressões digitais. Tais impressões digitais químicas podem incluir biossinais que indicam compostos químicos exalados ou inalados por seres vivos.
Existem duas principais maneiras pelas quais o HWO poderia potencialmente bloquear o excesso de luz estelar. Por um lado, ele poderia utilizar um grande bloqueio de luz externo chamado “starshade”, que se abriria a partir do HWO após seu lançamento em um guarda-sol em forma de girassol maciço.
Ou, alternativamente, poderia usar um bloqueio de luz interno chamado “coronógrafo”, semelhante aos instrumentos que os cientistas usam para bloquear a luz da fotosfera brilhante do sol e estudar sua atmosfera externa ou corona. Siegler acrescentou que atualmente, a NASA decidiu concentrar o HWO em torno da tecnologia de coronógrafo usada em vários outros telescópios, incluindo o JWST e o futuro Telescópio Nancy Grace Roman.
Localizado na montanha havaiana Mauna Kea, o Observatório W. M. Keck já está usando um coronógrafo inventado por Mawet em conjunto com o Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) para estudar exoplanetas. O coronógrafo permite que o KPIC capte emissões térmicas de exoplanetas gasosos jovens e quentes, permitindo que os cientistas investiguem como esses planetas e seus sistemas planetários evoluem.
Os planetas semelhantes à Terra que o HWO terá como alvo podem emitir luz cerca de 10 bilhões de vezes mais fraca do que suas estrelas, o que significa que um coronógrafo para o futuro telescópio espacial precisaria suprimir a luz estelar muito além dos limites atuais.
“À medida que nos aproximamos cada vez mais desse nível de supressão da luz estelar necessário, os desafios se tornam exponencialmente mais difíceis”, acrescentou Mawet.
Suprimindo a luz estelar com um espelho deformável
Uma das ideias apresentadas na reunião da Caltech para melhorar a supressão da luz de uma estrela distante é colocar um espelho dentro de um coronógrafo que pode ser deformado para controlar os raios de luz.
Empregando milhares de atuadores para moldar o espelho e empurrar e puxar suas superfícies reflexivas, poderia-se impedir que a luz dispersa chegasse à imagem final, evitando assim reflexos indesejados de luz estelar residual. Um espelho “ativo” deformável desse tipo é o tipo que está programado para ser usado pelo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, na verdade, um observatório programado para ser lançado até 2027. O Roman permitirá que os astrônomos vejam gigantes gasosos cerca de um bilhão de vezes mais fracos do que suas estrelas, além de detritos em torno das estrelas, remanescentes dos nascimentos de planetas.
Isso será um passo vital em direção a tecnologias mais avançadas que serão necessárias pelo HWO, preenchendo uma lacuna em máscaras coronográficas e espelhos ativos que é grande demais para ser coberta em um único salto proverbial.
“Precisamos ser capazes de deformar os espelhos com uma precisão de picômetros”, explicou Mawet. “Precisaremos suprimir a luz estelar em outro fator de aproximadamente 100 em comparação com o coronógrafo de Roman.”
Durante a sessão da Caltech, os cientistas também abordaram o melhor tipo de espelho a ser usado para o HWO e como ele deve ser revestido, bem como outros instrumentos potenciais para o telescópio.
À medida que o planejamento do HWO continua com seriedade, os astrônomos também estão trabalhando na seleção de alvos de exoplanetas semelhantes à Terra para o futuro telescópio direcionar seu olhar. Este processo de seleção envolve o uso de instrumentos como o Keck Planet Finder (KPF), operado pela Caltech no Observatório Keck, projetado especificamente para detectar planetas semelhantes à Terra nas zonas habitáveis de pequenas estrelas vermelhas.
A oficina realizada na Caltech desempenhou um papel crucial na identificação de lacunas tecnológicas e áreas que requerem desenvolvimento adicional à medida que o projeto HWO avança. [Live Science]
