Os planos estão em andamento para o Observatório de Mundos Habitáveis da NASA.
No início de agosto, um grupo de cientistas e engenheiros se reuniu em uma sala de conferências no Caltech para discutir a viabilidade de construir o primeiro telescópio espacial capaz de detectar vida em planetas semelhantes à Terra. O projeto em questão, chamado de Observatório de Mundos Habitáveis (HWO), representaria um avanço significativo na astronomia, seguindo os passos do Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA. O HWO teria a capacidade de investigar estrelas, galáxias e uma variedade de outros corpos celestes, incluindo exoplanetas, que são planetas localizados fora do nosso sistema solar. Embora a busca por vida em exoplanetas seja um desafio complexo, o objetivo do workshop no Caltech era avaliar o estado da tecnologia necessária para que o HWO pudesse explorar a possibilidade de vida em outras regiões do universo.
“Antes de podermos planejar a missão, é crucial avançar ao máximo nas tecnologias-chave”, afirma Dimitri Mawet, que faz parte do Grupo de Avaliação Técnica (TAG) do HWO e é professor de astronomia David Morrisroe e cientista pesquisador sênior no Laboratório de Propulsão a Jato (JPL), gerenciado pela Caltech para a NASA. “Estamos em uma fase de desenvolvimento tecnológico avançado. O objetivo é aprimorar as tecnologias que permitirão ao Observatório de Mundos Habitáveis realizar sua pesquisa revolucionária, ao mesmo tempo em que minimiza os riscos de custos excessivos no futuro.”
Originalmente proposto como parte da Pesquisa Decadal sobre Astronomia e Astrofísica 2020 da Academia Nacional de Ciências (Astro2020), um roteiro de 10 anos que delineia as metas da comunidade astronômica, o HWO está programado para ser lançado no final da década de 2030 ou início da década de 2040. O tempo de observação da missão será compartilhado entre a astrofísica em geral e o estudo de exoplanetas.
“Foi recomendado pela Pesquisa Decadal como a principal prioridade devido às capacidades transformadoras que traria para a astrofísica, juntamente com sua habilidade de explorar sistemas solares completos além do nosso”, observa Fiona Harrison, uma das duas co-presidentes do relatório decadal Astro2020. Ela é também a Professora Harold A. Rosen de Física na Caltech, bem como a Presidente de Liderança Kent e Joyce Kresa da Divisão de Física, Matemática e Astronomia.
A capacidade do telescópio espacial de analisar as atmosferas dos exoplanetas e buscar por sinais que possam indicar vida depende de tecnologias que bloqueiem o brilho de estrelas distantes. Existem duas principais abordagens para bloquear a luz da estrela: uma pequena máscara dentro do telescópio, chamada de coronógrafo, e uma grande máscara externa ao telescópio, conhecida como “starshade”. No espaço, as “sombras estelares” se desdobram em uma estrutura gigante que lembra um girassol, como mostrado nesta animação.
Em ambos os casos, a luz das estrelas é bloqueada para revelar a tênue luz refletida pelos planetas próximos. Esse processo é semelhante a erguer a mão para bloquear o sol ao tirar uma foto de amigos sorridentes. Ao capturar diretamente a luz de um planeta, os pesquisadores podem usar instrumentos chamados espectrômetros para analisar essa luz em busca de assinaturas químicas. Se houver vida em um planeta orbitando uma estrela distante, as respirações coletivas dessa vida podem ser detectáveis na forma de bioassinaturas.
“Estimamos que existam inúmeros planetas com o tamanho da Terra na zona habitável apenas na nossa galáxia”, afirma Nick Siegler, responsável tecnológico do Programa de Exploração de Exoplanetas da NASA no JPL. A zona habitável é a região ao redor de uma estrela onde as temperaturas permitem a existência de água líquida. “Nosso objetivo é investigar as atmosferas desses exoplanetas em busca de oxigênio, metano, vapor de água e outros compostos que poderiam indicar a presença de vida. Não esperamos encontrar seres extraterrestres, mas sim assinaturas espectrais desses compostos cruciais, que chamamos de bioassinaturas.”
Segundo Siegler, a NASA optou por enfocar no uso de coronógrafos no conceito HWO, devido aos recentes investimentos no Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA, que utilizará um coronógrafo avançado para obter imagens de exoplanetas gigantes gasosos. (O IPAC da Caltech é o lar do Centro de Apoio à Ciência Romana). Atualmente, coronógrafos estão sendo usados em vários outros telescópios, incluindo o JWST em órbita, o Hubble e observatórios terrestres.
Mawet desenvolveu coronógrafos para uso em instrumentos no Observatório WM Keck no topo do Monte Maunakea, na Ilha Grande do Havaí. A versão mais recente, conhecida como coronógrafo de vórtice, foi inventada por Mawet e está incorporada no Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), um instrumento que permite aos pesquisadores capturar imagens e estudar diretamente as emissões térmicas de exoplanetas gigantes gasosos jovens e quentes. O coronógrafo anula a luz da estrela a ponto de permitir ao instrumento fotografar planetas que são cerca de um milhão de vezes mais fracos que suas estrelas. Isso possibilita que os pesquisadores caracterizem minuciosamente as atmosferas, órbitas e rotações de exoplanetas gigantes gasosos jovens, contribuindo para a compreensão da formação e evolução de outros sistemas solares.
No entanto, visualizar diretamente um planeta semelhante à Terra, onde a vida como a conhecemos tem maior probabilidade de prosperar, exigirá um aprimoramento significativo das tecnologias atuais. Planetas que se assemelham à Terra, orbitando estrelas semelhantes ao Sol na zona habitável, muitas vezes ficam obscurecidos pela intensa luminosidade de suas estrelas hospedeiras. Como exemplo, o nosso próprio Sol ofusca a luz proveniente da Terra em um fator de 10 bilhões. Para alcançar esse nível de supressão da luz estelar, os cientistas e pesquisadores precisarão levar suas tecnologias ao limite. Conforme nos aproximamos dessa meta exigente de suprimir a luz estelar, os desafios se tornam cada vez mais complexos, conforme apontou Mawet.
Durante o workshop realizado na Caltech, os participantes exploraram uma técnica coronográfica que envolve o controle preciso das ondas de luz por meio de um espelho deformável dentro do instrumento. Apesar de os coronógrafos conseguirem bloquear a maior parte da luz proveniente de uma estrela, ainda pode ocorrer dispersão de luz, resultando em artefatos na imagem final. Por meio de milhares de atuadores que ajustam a superfície reflexiva do espelho deformável, os pesquisadores podem eliminar eficazmente esses resíduos de luz estelar.
O futuro Telescópio Espacial Nancy Grace Roman será pioneiro na utilização desse tipo de coronógrafo, denominado “ativo” devido à capacidade de deformação ativa do espelho. Após testes adicionais no JPL, o coronógrafo Roman será integrado ao telescópio final do Goddard Space Flight Center da NASA e lançado ao espaço até o mais tardar em 2027. Com esse instrumento coronográfico, os astrônomos serão capazes de capturar imagens de exoplanetas que podem ser até um bilhão de vezes mais fracos do que suas estrelas hospedeiras. Isso incluirá tanto gigantes gasosos em diferentes estágios de maturidade como discos de detritos remanescentes do processo de formação planetária.
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| A máscara do plano focal do Instrumento Coronagraph no Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA. Cada seção circular contém múltiplas “máscaras” – obstruções opacas cuidadosamente projetadas para bloquear a luz das estrelas. Crédito: NASA/JPL-Caltech |
O Instrumento Coronógrafo Romano representa o próximo avanço significativo da NASA na busca por vida além do nosso sistema solar”, afirma Vanessa Bailey, tecnóloga responsável pelo coronógrafo Roman no JPL. “A diferença de desempenho entre os telescópios atuais e o futuro Observatório de Mundos Habitáveis é simplesmente muito grande para ser superada de uma só vez. O propósito do Instrumento Coronógrafo Romano é atuar como uma etapa intermediária nesse processo. Ele demonstrará diversas tecnologias fundamentais, como máscaras coronográficas e espelhos deformáveis, alcançando níveis de desempenho sem precedentes fora dos laboratórios.”
A busca pela imagem direta de um planeta gêmeo da Terra em órbita de uma estrela semelhante ao Sol requer avanços ainda mais notáveis na tecnologia por trás dos coronógrafos de Roman. “Será necessário deformar os espelhos com precisão até a escala de picômetros”, detalha Mawet. “A supressão da luz estelar precisará ser aprimorada em outro fator, aproximadamente 100 vezes em relação ao coronógrafo Roman atual. O workshop nos ajudou a identificar as lacunas em nossa tecnologia e áreas que exigirão desenvolvimento adicional na próxima década.”
O workshop também abordou outros tópicos importantes, como a escolha do melhor tipo de espelho primário para uso com o coronógrafo, revestimentos de espelhos, estratégias para lidar com danos causados por micrometeoroides, tecnologias relacionadas a espelhos deformáveis e discussões sobre detectores avançados e ferramentas integradas para modelagem e design. Além disso, os engenheiros forneceram uma atualização sobre o status do starshade e sua maturidade tecnológica.
Enquanto isso, à medida que a tecnologia continua avançando, outros cientistas observam atentamente o espaço em busca de planetas semelhantes à Terra, que o HWO possa investigar. Até o momento, mais de 5.500 exoplanetas foram identificados, porém nenhum deles é verdadeiramente análogo à Terra. As ferramentas de busca por exoplanetas, como o recém-desenvolvido Keck Planet Finder (KPF), liderado pela Caltech no Observatório Keck, estão se aprimorando para detectar planetas, observando as influências que eles exercem sobre suas estrelas hospedeiras durante as órbitas. Planetas mais massivos e aqueles mais próximos de suas estrelas exercem uma influência mais intensa. O KPF foi projetado especificamente para encontrar planetas do tamanho da Terra nas zonas habitáveis de estrelas vermelhas de menor porte (onde as zonas habitáveis estão mais próximas). Com melhorias contínuas nos próximos anos, o KPF poderá ser capaz de identificar planetas gêmeos da Terra.
Quando o HWO for lançado, previsto para o final da década de 2030 ou início da década de 2040, os cientistas esperam ter um catálogo contendo pelo menos 25 planetas análogos à Terra para estudar.
Apesar dos desafios significativos pela frente, os cientistas que participaram do workshop discutiram entusiasticamente essas questões com seus colegas de todo o país, reunidos em Pasadena. A diretora do JPL, Laurie Leshin (com mestrado em ’89 e doutorado em ’95), fez uma palestra inspiradora no início da reunião. “É um desafio empolgante e, ao mesmo tempo, intimidante”, afirmou. “Mas é para isso que todos nós estamos aqui. Não enfrentamos esse desafio sozinhos, trabalhamos juntos em colaboração.”
Fonte: Caltech
