Novo telescópio espacial, 40 vezes o poder do Hubble, para desbloquear o futuro da astronomia

O projeto conceitual do telescópio espacial LUVOIR o colocaria no ponto L2 Lagrange, onde um espelho primário de 15,1 metros se desdobraria e começaria a observar o Universo, trazendo-nos incontáveis ​​riquezas científicas e astronômicas. Crédito da imagem: equipe de conceito da NASA / LUVOIR; Serge Brunier (fundo).

Se você acha que já vimos tudo o que há para ver no Universo, você está prestes a ter sua imaginação desbloqueada.


O Hubble geralmente tira imagens de galáxias distantes com lentes gravitacionais para inferir sua subestrutura e tentar aprender sobre galáxias primitivas em geral. Para LUVOIR, teríamos essa mesma resolução para qualquer galáxia! Isso é verdadeiramente revolucionário. – John O'Meara



Desde que a humanidade voltou nosso olhar para o céu, percebemos que a história cósmica de nossa existência – nossas origens, tudo o que existe hoje e qual é nosso destino final – está literalmente escrita em todo o Universo. Nossa compreensão do que nosso Universo realmente é, do que é composto e como ele veio a ser assim melhorou dramaticamente toda vez que construímos melhores instrumentos para sondar as estrelas, galáxias e as profundezas do espaço de novas maneiras. O Telescópio Espacial Hubble deu-nos um grande salto em frente, mostrando-nos como era o nosso Universo; no próximo ano, James Webb nos dará um salto igualmente grande, mostrando-nos como nosso Universo veio a ser assim. Dar o próximo salto gigante significa sonhar grande e buscar responder às maiores questões que a astronomia tem hoje. Apenas o LUVOIR, um telescópio espacial de 15,1 metros proposto com 40 vezes o poder de captação de luz do Hubble, desafia a humanidade a resolver esses quebra-cabeças.





O ‘Planeta Nove’ é real? Se assim for, a maioria dos telescópios terrestres ou mesmo os telescópios espaciais atuais/futuros mal serão capazes de obter imagens de um único pixel. Mas o LUVOIR será capaz, mesmo à sua grande distância, de revelar estruturas intrincadas na superfície do mundo. Crédito da imagem: equipe de conceito da NASA / LUVOIR.

LUVOIR, um conceito para um eu mau você ltra V ioleta, OU óptico, e eu nfra R ed observatório, seria basicamente uma versão ampliada do Hubble no espaço, capaz de fazer a ciência que era insondável uma geração atrás. Isso não é para menosprezar as realizações do Hubble! Considere o que o Hubble nos deu: uma revolução na cosmologia, uma revolução em nossa compreensão das galáxias e seus blocos de construção, um olhar atento sobre nosso dinâmico Sistema Solar e nossos primeiros passos no estudo de atmosferas exoplanetárias. Com 15,1 metros, com um design segmentado, capacidades instrumentais muito superiores às que temos hoje, resolução superior e muito mais, o LUVOIR representaria não uma melhoria incremental, mas transformadora, sobre qualquer coisa não apenas existente, mas sobre qualquer observatório alguma vez proposto.



Se o Sol estivesse localizado a 10 parsecs (33 anos-luz) de distância, o LUVOIR não apenas seria capaz de visualizar diretamente Júpiter e a Terra, incluindo seus espectros, mas até mesmo o planeta Vênus cederia às observações. Crédito da imagem: equipe de conceito da NASA / LUVOIR.



Conversei com John O'Meara, líder da Cosmic Origins Science para LUVOIR, sobre uma ampla variedade de tópicos relacionados a este telescópio proposto. Em todas as arenas astronômicas que você possa imaginar - do Sistema Solar a exoplanetas, estrelas, galáxias, gás intergaláctico, matéria escura e muito mais - um telescópio tão avançado impulsionaria nosso conhecimento científico de uma maneira que nada mais fez. Ir muito maior, combinado com a outra tecnologia avançada que estará a bordo do LUVOIR, torna este observatório dos sonhos dos astrônomos. Comparado com o que podemos fazer hoje, aqui estão seis coisas que um telescópio espacial gigante como esse nos permitiria aprender.

Um mundo exterior no cinturão de Kuiper do Sistema Solar apareceria com muitos recursos ricos de um telescópio de classe de 10 a 15 metros (L), enquanto o Hubble, mesmo em seus limites operacionais máximos, veria apenas um punhado de pixels com qualquer informação ( R). Crédito da imagem: equipe de conceito LUVOIR.



Sistema solar — Imagine como seria a imagem direta de gêiseres na Europa e Enceladus, erupções em Io, ou mapear os campos magnéticos dos gigantes gasosos daqui, perto do nosso próprio mundo? Imagine olhar para um mundo distante no cinturão de Kuiper e não apenas obter um único pixel de luz para extrapolar, mas tirar uma imagem do próprio mundo e ser capaz de discernir as características da superfície? Essa é a promessa de um telescópio espacial de 10 ou mais metros, que não deve apenas ser capaz de tirar imagens incríveis desses mundos, mas obter espectros de uma enorme variedade de características neles.

O fator mais forte no tamanho do telescópio LUVOIR é o desejo de ter uma grande amostra de candidatos à exoTerra para estudar. Esta figura mostra as estrelas reais no céu para as quais um planeta na zona habitável pode ser observado. O código de cores mostra a probabilidade de observar um candidato a exoTerra se estiver presente em torno dessa estrela (verde é uma probabilidade alta, vermelho é baixa). Crédito da imagem: C. Stark e J. Tumlinson, STScI.



Exoplanetas — Em vez de inferir a existência de planetas a partir de seus trânsitos ou das oscilações que eles causam nas órbitas de suas estrelas-mãe, o LUVOIR terá a capacidade de visualizar muitos deles diretamente. Com um coronógrafo de qualidade sem precedentes, juntamente com seu tamanho e localização únicos no espaço, ele deve ser capaz de encontrar e criar imagens de centenas de sistemas estelares para exoplanetas candidatos com potencial de vida neles: todas as estrelas dentro cerca de 100 anos-luz. Com os espectros que obterá, o LUVOIR pode fazer o que nenhum outro observatório atual ou planejado será capaz de: procurar bioassinaturas moleculares em torno de centenas de mundos potencialmente habitáveis ​​​​do tamanho da Terra. Pela primeira vez, poderia nos dar evidências de vida além do nosso próprio sistema solar.



Uma imagem simulada do que o Hubble veria para uma galáxia distante em formação de estrelas (L), versus o que um telescópio de classe de 10 a 15 metros veria para a mesma galáxia (R). A resolução é muitas vezes melhor para a imagem da direita, mas o que não está codificado nessa imagem é o fato de que a imagem da esquerda precisa ficar exposta por até 40 vezes mais tempo para capturar a mesma quantidade de luz. Crédito da imagem: equipe conceitual da NASA / Greg Snyder / LUVOIR-HDST.

Estrelas — Quando o Telescópio Espacial Hubble foi lançado, abriu uma possibilidade fascinante para os astrônomos observacionais: a capacidade de medir as propriedades de estrelas individuais na galáxia de Andrômeda, a mais de 2 milhões de anos-luz de distância. Com o LUVOIR, poderemos fazer essas mesmas medições para todas as galáxias em cerca de 300 milhões de anos-luz! Pela primeira vez, seremos capazes de medir estrelas em todos os tipos de galáxias do Universo, de anãs a espirais, elípticas gigantes, à rara galáxia em anel e galáxias em processo ativo de fusão. Este censo cósmico seria impossível sem um grande telescópio espacial óptico como este.



Embora existam galáxias ampliadas, ultradistantes, muito vermelhas e até infravermelhas no eXtreme Deep Field, existem galáxias ainda mais distantes, que o LUVOIR poderá revelar sem a ajuda de lentes gravitacionais. Crédito da imagem: NASA, ESA, R. Bouwens e G. Illingworth (UC, Santa Cruz).

Galáxias — O Hubble, notavelmente, conseguiu encontrar galáxias de quando o Universo tinha apenas 400 milhões de anos: apenas 3% de sua idade atual. Mas galáxias tão distantes são raras, já que o Hubble só pode ver as mais brilhantes entre elas, e mesmo assim, aquelas que são auxiliadas por lentes gravitacionais em primeiro plano. Por outro lado, o LUVOIR será capaz de ver todas as galáxias, incluindo as mais fracas, as anãs, os minúsculos blocos de construção das galáxias modernas e as que não possuem lentes gravitacionais ou alinhamentos fortuitos. Finalmente seremos capazes de aprender sobre a população completa de galáxias no Universo e medi-las com resoluções de apenas 300-400 anos-luz por pixel, não importa quão distantes estejam no Universo.



A cor rosa inconfundível ao longo dos braços espirais traça regiões de hidrogênio ionizado, causadas pela formação de estrelas quentes e jovens nesta galáxia, muitas das quais eventualmente se tornarão supernovas. Embora a medição do gás que alimenta uma galáxia como essa seja quase impossível hoje, o LUVOIR nos permitirá não apenas medi-lo, mas mapeá-lo e identificar seus componentes moleculares e atômicos. Crédito da imagem: Observatório AURA/Gemini.

Gás intergaláctico — Hoje, podemos pegar um feixe de lápis de uma galáxia, medindo o halo de gás ao redor de uma galáxia e servindo como tanque de combustível e centro de reciclagem. Podemos medir as características de absorção desse gás e compará-lo com as melhores simulações 3D que nossa teoria e tecnologia podem oferecer. Mas com o LUVOIR, podemos visualizar diretamente dezenas ou até centenas de feixes de lápis para galáxia , medindo e mapeando o meio circungaláctico para qualquer galáxia. Podemos até, em alguns casos, visualizar diretamente as propriedades de emissão do gás excitado, permitindo-nos comparar diretamente nossas observações com as simulações, sem ter que fazer a interpolação necessária apenas na absorção.

As galáxias menores e/ou mais jovens obedecem a uma lei gravitacional ou de aceleração diferente das grandes e antigas? Isso ajudaria muito a discernir entre matéria escura e gravidade modificada, e o LUVOIR, ao fazer medições de galáxias a bilhões de anos-luz de distância, nos permitirá descobrir. Crédito da imagem: Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/Universidade do Arizona.

Matéria escura — Essa massa invisível e transparente é responsável pela maior parte da gravitação do Universo, mas só podemos mapeá-la a partir de seus efeitos na matéria visível. No passado, isso significava observar as propriedades em massa de grandes áreas de galáxias distantes, com a Via Láctea, do nosso ponto de vista dentro dela, sendo uma das galáxias mais difíceis de mapear. O LUVOIR mudará tudo isso, permitindo-nos medir as propriedades de rotação de galáxias mais distantes do que nunca, testando se e como o perfil da matéria escura das galáxias evoluiu ao longo de bilhões de anos. Seremos capazes de testar modelos de matéria escura explicitamente, medindo os movimentos próprios das estrelas da Via Láctea com precisão nunca antes alcançada e analisando os menores blocos de construção de galáxias que estão atualmente além dos telescópios mais poderosos do mundo.

Uma visão simulada da mesma parte do céu, com o mesmo tempo de observação, com Hubble (L) e LUVOIR (R). A diferença é de tirar o fôlego. Crédito da imagem: G. Snyder, STScI/M. Carteiro, STScI.

Não há substituto para estar no espaço; não importa quão boa seja a óptica adaptativa, você nunca será capaz de superar 100% dos efeitos da atmosfera. Isso é particularmente verdadeiro no ultravioleta e em muitos comprimentos de onda infravermelhos, que só podem ser fotografados com precisão do espaço, devido à absorção atmosférica nesses comprimentos de onda. Também não há substituto para o tamanho, que determina a resolução máxima que você pode alcançar e a quantidade de poder de coleta de luz que você possui. Em geral, o LUVOIR será capaz de ter uma resolução superior a seis vezes a do Hubble e de capturar imagens com a mesma profundidade aproximadamente 40 vezes mais rápido. O que o LUVOIR poderia ver com nove dias de observações contínuas levaria o Hubble um ano inteiro, e ainda assim o Hubble teria apenas 16% de boa resolução.

A grande mancha vermelha em toda a sua beleza vista pela JunoCam, imagem processada para intensificar a beleza das bandas e zonas de Júpiter. O LUVOIR poderá obter imagens dessa mesma qualidade do quintal do nosso próprio planeta. Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS; processamento por Carlos Galeano — Cosmonautika.

Tão boas quanto as imagens do JUNO são de Júpiter, LUVOIR será capaz de obter essas imagens de seu ponto de vista em órbita perto da Terra , em vez de ter que pilotar uma nave espacial para um planeta distante. Quando se trata de medir a luz ultravioleta de uma fonte, o LUVOIR usará uma matriz de microobturadores em seu instrumento espectroscópico, permitindo a imagem de muitos objetos simultaneamente, em vez de apenas um único objeto por vez, como os telescópios atuais. E assim como o Hubble trabalha com os maiores observatórios terrestres de hoje, o LUVOIR trabalhará com a atual geração de observatórios de classe de 30 metros em construção, como GMT e ELT , para descobrir e acompanhar os objetos mais tênues e distantes que a humanidade jamais conhecerá. Enquanto James Webb será a principal missão astrofísica da NASA na década de 2010 e o WFIRST voará na década de 2020, o LUVOIR pode chegar a ser já na década de 2030, dependendo de como a próxima pesquisa decenal for.

Mas essas descobertas em potencial são o que sabemos que vamos procurar. A cada novo grande salto tecnológico que já demos em astronomia e astrofísica, as maiores conquistas de todas foram aquelas que não poderíamos ter antecipado. As grandes incógnitas do Universo, incluindo sua aparência nos regimes mais fracos, como as estrelas mais distantes, galáxias, nuvens de gás e o meio intergaláctico se comportaram nos primeiros tempos, e como ele se parece além de qualquer coisa que já vimos. todos sejam expostos pela primeira vez. É possível que aprendamos que fomos bastante arrogantes e equivocados em uma grande variedade de arenas, mas precisaremos desses dados novos e de alta qualidade para nos mostrar o caminho.

Esta arte conceitual de um veículo de lançamento SLS completo será capaz de abrigar um telescópio espacial de até 15,1 metros, se for segmentado e dobrado corretamente. É o veículo ideal para transportar LUVOIR até o ponto L2 Lagrange. Crédito da imagem: NASA/SLS.

Para que o LUVOIR funcione, precisaremos usar o maior veículo de lançamento de design mais pesado capaz de: Sistema de lançamento espacial da NASA . Precisaremos dos espelhos segmentados para obter estabilidade no nível do picômetro; mais de 10 vezes melhor do que a estabilidade que alcançamos hoje. Para realizar a imagem do exoplaneta, precisaremos de um coronógrafo que possa identificar 1 parte em 10.000.000.000, uma grande melhoria em relação aos melhores sistemas atuais. Os sistemas de espelho e revestimento de espelho exigirão tecnologia aprimorada em relação ao melhor de hoje. E mais ambiciosamente, precisaremos da capacidade de atender este telescópio no ponto L2 Lagrange: 1,5 milhão de quilômetros de distância da Terra, que é quatro vezes mais longe do que o humano mais distante já voou do nosso mundo. E sobre por que precisamos disso, acho que John disse melhor em suas próprias palavras:

Acredito firmemente que o LUVOIR é uma parte crítica de nossa próxima grande era na ciência, quando avançarmos definitivamente não apenas na busca pela vida, mas na narrativa de sua história ao longo do tempo cosmológico. O LUVOIR pode nos dar as ferramentas para responder a muitas de nossas perguntas mais fundamentais como seres humanos tentando entender seu lugar no universo. Se isso não vale a pena, o que é?


Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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