O maior telescópio do mundo finalmente verá estrelas sem picos artificiais
O enorme Telescópio Gigante de Magalhães (GMT) de 25 metros não apenas inaugurará uma nova era na astronomia terrestre, mas também fará as primeiras imagens de ponta do Universo onde as estrelas são vistas exatamente como realmente são: sem difração espigões. (Telescópio Gigante de Magalhães - GMTO Corporation)
Uma das visões mais icônicas da astronomia em um artefato de óptica defeituosa. Veja como um novo e excelente design irá superá-lo.
Quando você olha para as maiores imagens do Universo, há algumas visões que iluminam nossas memórias e incendeiam nossa imaginação. Podemos ver os planetas em nosso próprio Sistema Solar com detalhes incríveis, galáxias a milhões ou mesmo bilhões de anos-luz de distância, nebulosas onde novas estrelas estão nascendo e remanescentes estelares que dão uma visão misteriosa e fatalista de nosso passado cósmico e nosso próprio O futuro do Sistema Solar. Mas a visão mais comum de todas são as estrelas, espalhadas por toda parte e em qualquer direção que queiramos olhar, tanto em nossa própria Via Láctea quanto além. De telescópios terrestres ao Hubble, as estrelas quase sempre vêm com picos: um artefato de imagem devido à forma como os telescópios são construídos. Enquanto nos preparamos para a próxima geração de telescópios, no entanto, um deles – o Telescópio Gigante de Magalhães de 25 metros – se destaca: é o único que não terá esses picos artificiais.
O grupo compacto 31 de Hickson, conforme fotografado pelo Hubble, é uma constelação espetacular, mas quase tão proeminentes são as poucas estrelas de nossa própria galáxia visíveis, notadas pelos picos de difração. Em apenas um caso, o do GMT, esses picos estarão ausentes. (ASA, ESA, S. Gallagher (Universidade de Western Ontario) e J. English (Universidade de Manitoba))
Há muitas maneiras de fazer um telescópio; em princípio, tudo o que você precisa fazer é coletar e focar a luz do Universo em um único plano. Os primeiros telescópios foram construídos no conceito de um refrator, onde a luz que entra passa por uma lente grande, focando-a em um único ponto, onde pode ser projetada em um olho, uma chapa fotográfica ou (de maneira mais moderna) um sistema de imagem digital. Mas os refratores são limitados, fundamentalmente, pelo tamanho que você pode construir fisicamente uma lente para a qualidade necessária. Esses telescópios mal chega a 1 metro de diâmetro , no máximo. Como a qualidade do que você pode ver é determinada pelo diâmetro de sua abertura, tanto em termos de resolução quanto de poder de captação de luz, os refratores saíram de moda há mais de 100 anos.
Os telescópios refletores superaram os refratores há muito tempo, pois o tamanho que você pode construir um espelho supera em muito o tamanho para o qual você pode construir uma lente de qualidade semelhante. (Os Observatórios da Carnegie Institution for Science Collection na Huntington Library, San Marino, Califórnia.)
Mas um design diferente – o telescópio refletor – pode ser muito mais poderoso. Com uma superfície altamente reflexiva, um espelho com formato adequado pode focalizar a luz recebida em um único ponto, e espelhos podem ser criados, fundidos e polidos em tamanhos muito maiores do que as lentes. Os maiores refletores de espelho único podem ter até 8 metros de diâmetro, enquanto os designs de espelhos segmentados podem ser ainda maiores. Atualmente, o segmento Grande telescópio canário , com 10,4 metros de diâmetro, é o maior do mundo, mas dois (e potencialmente três) telescópios vão quebrar esse recorde na próxima década: o Telescópio Gigante de Magalhães de 25 metros (GMT) e o Telescópio extremamente grande de 39 metros (ELT).
Uma comparação dos tamanhos dos espelhos de vários telescópios existentes e propostos. Quando o GMT estiver online, será o maior do mundo e será o primeiro telescópio óptico da classe de 25 metros+ da história, sendo posteriormente superado pelo ELT. Mas todos esses telescópios têm espelhos, e cada um dos mostrados em cores (em primeiro plano) são telescópios refletores. (Usuário do Wikimedia Commons Cmglee)
Ambos são telescópios refletores com muitos segmentos, prontos para criar imagens do Universo como nunca antes. O ELT é maior, é feito de mais segmentos, é mais caro e deve ser concluído alguns anos depois do GMT, enquanto o GMT é menor, feito de menos segmentos (mas maior), é menos caro e deve atingir todos os seus marcos principais primeiro. Esses incluem:
- escavações iniciadas em fevereiro de 2018,
- concretagem em 2019,
- um recinto completo contra intempéries até 2021,
- a entrega do telescópio até 2022,
- a instalação dos primeiros espelhos primários no início de 2023,
- primeira luz até o final de 2023,
- primeira ciência em 2024,
- e uma data de conclusão prevista para o final de 2025.
Isso é em breve! Mas mesmo com esse cronograma ambicioso, há uma enorme vantagem óptica que o GMT tem, não apenas sobre o ELT, mas sobre todos os refletores: ele não terá picos de difração em suas estrelas.
A estrela que alimenta a Nebulosa da Bolha, estimada em aproximadamente 40 vezes a massa do Sol. Observe como os picos de difração, devido ao próprio telescópio, interferem nas observações detalhadas próximas de estruturas mais fracas. (NASA, ESA, Equipe do Patrimônio Hubble)
Esses picos que você está acostumado a ver, de observatórios como o Hubble, não surgem do espelho primário em si, mas do fato de que precisa haver outro conjunto de reflexões que focam a luz em seu destino final. Quando você foca essa luz refletida, no entanto, você precisa de alguma maneira de posicionar e apoiar um espelho secundário para refocar essa luz em seu destino final. Simplesmente não há como evitar ter suportes para segurar esse espelho secundário, e esses suportes atrapalharão a luz. O número e a disposição dos suportes para o espelho secundário determinam o número de picos – quatro para Hubble, seis para James Webb – que você verá em todas as suas imagens.
Comparação de picos de difração para vários arranjos de suporte de um telescópio refletor. O círculo interno representa o espelho secundário, enquanto o círculo externo representa o primário, com o padrão de pico mostrado abaixo. (Wikimedia Commons / Cmglee)
Todos os refletores terrestres têm esses picos de difração, assim como o ELT. As lacunas entre os 798 espelhos, apesar de representarem apenas 1% da superfície, contribuem para a magnitude dos picos. Sempre que você imagina algo fraco que infelizmente está perto de algo próximo e brilhante – como uma estrela – você tem esses picos de difração para enfrentar. Mesmo usando imagens de cisalhamento, que tiram duas imagens quase idênticas que estão apenas ligeiramente mal posicionadas e as subtraem, você não pode se livrar totalmente desses picos.
O Extremely Large Telescope (ELT), com um espelho principal de 39 metros de diâmetro, será o maior olho do mundo no céu quando estiver operacional no início da próxima década. Este é um projeto preliminar detalhado, mostrando a anatomia de todo o observatório. (ISSO)
Mas com sete enormes espelhos de 8 metros de diâmetro dispostos com um núcleo central e seis círculos simetricamente posicionados ao seu redor, o GMT foi brilhantemente projetado para eliminar esses picos de difração. Esses seis espelhos externos, do jeito que estão dispostos, permitem seis espaços muito pequenos e estreitos que se estendem da borda da área de coleta até o espelho central. Existem vários braços de aranha que mantêm o espelho secundário no lugar, mas cada braço é posicionado com precisão para correr exatamente entre essas lacunas do espelho. Como os braços não bloqueiam a luz usada pelos espelhos externos, não há picos.
O Telescópio Gigante de Magalhães de 25 metros está atualmente em construção e será o maior novo observatório terrestre da Terra. Os braços espirais, vistos segurando o espelho secundário no lugar, são especialmente projetados para que sua linha de visão caia diretamente entre as aberturas estreitas dos espelhos GMT. (Telescópio Gigante de Magalhães / GMTO Corporation)
Em vez disso, devido a esse design exclusivo - incluindo as lacunas entre os diferentes espelhos e os braços de aranha que cruzam o espelho primário central - há um novo conjunto de artefatos: um conjunto de contas circulares que aparecem ao longo de caminhos semelhantes a anéis (conhecidos como anéis Airy) em torno de cada estrela. Essas contas aparecerão como pontos vazios na imagem e são inevitáveis com base nesse design sempre que você olhar. No entanto, essas contas são de baixa amplitude e são apenas instantâneas; à medida que o céu e o telescópio giram ao longo de uma noite, essas contas serão preenchidas à medida que uma imagem de longa exposição for acumulada. Após cerca de 15 minutos, duração que praticamente todas as imagens devem atingir, essas contas estarão completamente preenchidas.
O núcleo do aglomerado globular Omega Centauri é uma das regiões mais populosas de estrelas antigas. GMT será capaz de resolver mais deles do que nunca, tudo sem picos de difração. (NASA/ESA e The Hubble Heritage Team (STScI/AURA))
O resultado final é que teremos nosso primeiro telescópio de classe mundial que será capaz de ver estrelas exatamente como elas são: sem picos de difração ao seu redor! Há uma pequena compensação no design para atingir esse objetivo, a maior das quais é que você perde um pouco do poder de coleta de luz. Considerando que o diâmetro de ponta a ponta do GMT, conforme projetado, é de 25,4 metros, você só tem uma área de coleta que corresponde a um diâmetro de 22,5 metros. A ligeira perda de resolução e poder de captação de luz, no entanto, é mais do que compensada quando você considera o que este telescópio pode fazer que o diferencia de todos os outros.
Uma seleção de algumas das galáxias mais distantes do Universo observável, do Hubble Ultra Deep Field. O GMT será capaz de capturar imagens de todas essas galáxias com dez vezes a resolução do Hubble. (NASA, ESA e N. Pirzkal (Agência Espacial Europeia/STScI))
Ele alcançará resoluções entre 6 e 10 milissegundos de arco, dependendo do comprimento de onda que você observar: 10 vezes melhor do que o que o Hubble pode ver, em velocidades 100 vezes mais rápidas. Galáxias distantes serão fotografadas a distâncias de dez bilhões de anos-luz, onde poderemos medir suas curvas de rotação, procurar assinaturas de fusões, medir fluxos galácticos, procurar regiões de formação de estrelas e assinaturas de ionização. Podemos visualizar diretamente exoplanetas semelhantes à Terra, incluindo Proxima b, a algo entre 15 e 30 anos-luz de distância. Planetas semelhantes a Júpiter serão visíveis a mais de 300 anos-luz. Também mediremos o meio intergaláctico e as abundâncias elementares de matéria em todos os lugares que olharmos. Encontraremos os primeiros buracos negros supermassivos.
Quanto mais distante for um quasar ou buraco negro supermassivo, mais poderoso um telescópio (e câmera) você precisa para encontrá-lo. O GMT terá a vantagem de poder fazer espectroscopia nesses objetos ultradistantes que encontrar. (NASA e J. Bahcall (IAS) (L); NASA, A. Martel (JHU), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI), G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO/Lick Observatório), a Equipe Científica da ACS e a ESA (R))
E faremos medições espectroscópicas diretas de estrelas individuais em aglomerados e ambientes lotados, sondaremos a subestrutura de galáxias próximas e observaremos sistemas binários, trinários e multi-estrelas próximos. Isso inclui até estrelas no centro galáctico, localizado a cerca de 25.000 anos-luz de distância. Tudo, é claro, sem picos de difração.
Esta imagem ilustra a melhoria na resolução no 0,5 central da Galáxia de visão limitada para Keck + Adaptive Optics para futuros Telescópios Extremamente Grandes como GMT com ótica adaptativa. Somente com GMT as estrelas aparecerão sem picos de difração. (A. Ghez / UCLA Galactic Center Group - W.M. Keck Observatory Laser Team)
Comparado com o que podemos ver atualmente com os maiores observatórios do mundo, a próxima geração de telescópios terrestres abrirá uma série de novas fronteiras que revelarão o véu de mistério que envolve o Universo invisível. Além de planetas, estrelas, gás, plasma, buracos negros, galáxias e nebulosas, procuraremos objetos e fenômenos que nunca vimos antes. Até olharmos, não temos como saber exatamente que maravilhas o Universo nos espera. Devido ao design inteligente e inovador do Telescópio Gigante de Magalhães, no entanto, os objetos que perdemos devido a picos de difração de estrelas brilhantes próximas serão repentinamente revelados. Há um universo totalmente novo a ser observado, e este telescópio único revelará o que ninguém mais pode ver.
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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