Um telescópio em escala quilométrica pode ajudar a conduzir uma ciência mais eficiente, e especificamente para o campo da interferometria óptica? É isso que um estudo submetido recentemente espera abordar como um par de pesquisadores propõe o Big Fringe Telescope (BFT), que está programado para compreender 16 telescópios de 0,5 metro de diâmetro e será equivalente a um telescópio de 2,2 quilômetros de diâmetro. O que torna o BFT único é seu potencial para criar “filmes” de exoplanetas em tempo real, como os filmes que apresentam Vênus transitando nosso Sol, juntamente com custos de construção significativamente reduzidos em comparação aos atuais interferômetros ópticos baseados em terra.
Esta proposta baseia-se em interferómetros ópticos anteriores, incluindo Conjunto do Centro de Astronomia de Alta Resolução Angular (CHARA) da Universidade Estadual da Geórgia composto por seis telescópios de 1 metro de diâmetro, equivalentes a um telescópio de 330 metros de diâmetro, e o Interferômetro do Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul (VTLI) composto por quatro telescópios de 8,2 metros e quatro telescópios móveis de 1,8 metros, equivalentes a um telescópio de 130 metros de diâmetro. Além disso, esta proposta surge no momento em que o ESO está atualmente a construir o seu Telescópio extremamente grande com um telescópio refletor de 39,3 metros de diâmetro (130 pés) no Deserto do Atacama, no Chile.
Aqui, Universo Hoje discute esta proposta incrível com Dr. Gérard van Belleque é um astrônomo no Observatório Lowell em Flagstaff, Arizona, sobre a motivação por trás da proposta do BFT, os casos científicos que o BFT espera realizar, novos métodos sobre como o BFT estudará exoplanetas (ou seja, filmes em tempo real), como o BFT pode potencialmente contribuir para encontrar vida além da Terra, os próximos passos para tornar o BFT uma realidade e as implicações para cada telescópio ter 0,5 metros de diâmetro tanto para a ciência quanto para o custo. Portanto, qual foi a motivação por trás da proposta do BFT?
“A motivação é que em algum momento, a comunidade acabou ‘deixando dinheiro na mesa’”, diz o Dr. van Belle Universo Hoje. “Há um caso científico realmente empolgante aqui – imagens de estrelas brilhantes – e ele tem sido negligenciado. Isso ocorre em parte porque a imaginação coletiva das pessoas (como eu) que constroem essas matrizes de imagens de resolução angular muito alta tem sido coletivamente distraída ao pressionar para ‘mais fraco, mais fraco, mais fraco’, em vez de ‘mais fino, mais fino, mais fino’. E a boa surpresa é que, como não estamos ficando super fracos, os telescópios que compõem a matriz BFT são pequenos e, portanto, o BFT é surpreendentemente acessível. O terceiro eixo adicional aqui é que muitas das peças são apenas recentemente comercializadas, o que também ajuda na acessibilidade. Então, é uma ótima ciência que não foi feita, é barata e oportuna.”
O estudo observa que a “imagem de rotina de estrelas brilhantes da sequência principal continua sendo um domínio científico surpreendentemente inexplorado”. Para contextualizar, enquanto a matriz CHARA obteve a primeira imagem de uma única estrela da sequência principal em 2007, algumas das ciências conduzidas por CHARA tem se concentrado em estrelas binárias, explosões de supernovas e estrelas orbitando poeira. Além disso, enquanto o VLTI obteve a melhor imagem da superfície e da atmosfera de uma estrela supergigante vermelhaalguns dos ciência conduzida incluiu observações diretas de exoplanetas, observando Sagittarius A*, que é o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea, e detecção de luz exozodiacal. Como CHARA e VLTI, o BFT também conduzirá uma ampla gama de ciência junto com seu objetivo de obter imagens de estrelas brilhantes da sequência principal. Isso inclui estudar estrelas hospedeiras de exoplanetas, análogos solares, binários resolvidos e trânsitos de exoplanetas resolvidos.
O Dr. van Belle conta Universo Hoje“Os hospedeiros exoplanetários são o verdadeiro caso de carne e batata aqui: a explosão de descobertas nas últimas três décadas sobre exoplanetas realmente transformou a astronomia. Os análogos solares são superimportantes para estudar. Até agora, temos uma única estrela semelhante ao Sol que podemos resolver em mais de um disco e ver como ela se comporta ao longo do tempo – ou seja, nosso próprio Sol. Mas isso é um pouco como tentar aprender anatomia e fisiologia se você fosse um médico de um único paciente, alguma vez. Então, ser capaz de fazer imagens resolvidas de estrelas semelhantes ao Sol é realmente vital para entender melhor nosso próprio Sol – e especialmente seu efeito em nosso planeta natal.”
O Dr. van Belle continua, “Observações de sistemas estelares binários nos permitem determinar as massas por causa de seu movimento orbital em torno um do outro, e o BFT adiciona valor extra ao medir diretamente os raios dessas estrelas. Trânsitos de exoplanetas resolvidos serão muito legais. Seremos capazes de ver o disco *resolvido* de *outro mundo* enquanto ele passa na frente de sua estrela hospedeira. Esse tipo de coisa será bom para caracterização posterior de exoplanetas, bem como buscas por exoluas. Há um monte de outras ciências do BFT que não fazem parte dos casos principais de ‘marquee’ – muitas centenas de tipos diferentes de estrelas das quais seremos capazes de fazer imagens e ver como essas imagens mudam ao longo do tempo.”
Atualmente, a visualização direta dos exoplanetas é obtida por meio do método de imagem direta onde os astrônomos usam um coronógrafo para bloquear o brilho de uma estrela hospedeira, revelando os exoplanetas ocultos por baixo, embora suas formas completas não sejam observáveis. Além disso, o método de trânsito é realizado medindo a queda na luz das estrelas causada pelo exoplaneta que viaja na sua frente, mas não é observável devido ao seu pequeno tamanho e ao brilho intenso da estrela hospedeira.
Os trânsitos de exoplanetas resolvidos que o BFT espera alcançar significam que os astrônomos serão capazes de observar o contorno completo de um exoplaneta enquanto ele passa na frente de sua estrela hospedeira, combinando assim o método de imagem direta com o método de trânsito. Um exemplo disso é quando Vênus passa na frente do nosso Sol, permitindo que os astrônomos observem o contorno inteiro do planeta e do nosso Sol, resultando em filmes em tempo real desse incrível evento astronômico. Com o BFT, esses filmes em tempo real devem ser feitos para exoplanetas também. Portanto, que ciência pode ser alcançada a partir desses filmes em tempo real?
“Como observado acima, seremos capazes de ver esses mundos como discos resolvíveis”, diz o Dr. van Belle Universo Hoje. “Isso nos permitirá fixar melhor o tamanho linear, bem como medir a densidade desses mundos – por exemplo, rochosos ou aquosos, sólidos ou gasosos? Fazer tal resolução em um sentido dependente do comprimento de onda pode nos dizer sobre a composição das atmosferas também – embora essa seja uma observação bastante desafiadora. Talvez a coisa mais direta seja tentar medir a achatamento dos mundos gasosos – por exemplo, Júpiter é um pouco mais largo do que alto, por ser um coágulo de gás girando rapidamente. Essas observações nos permitirão medir a taxa de rotação desses planetas.”
No momento em que este artigo foi escrito, a NASA tinha confirmou a existência de 5.743 exoplanetas consistindo em uma ampla gama de tamanhos, composições e foram encontrados em sistemas solares contendo planetas únicos ou até sete planetas. Os métodos usados para detectar exoplanetas também demonstram diversidade, incluindo o método de trânsito, método de velocidade radial, método de microlente e o método de imagem direta. Cada um com suas próprias maneiras únicas de não apenas identificar exoplanetas, mas também coletar dados sobre suas composições de superfície, composições atmosféricas e potencial para vida. Portanto, como o BFT pode contribuir para encontrar vida além da Terra?
O Dr. van Belle conta Universo Hoje“O BFT fará principalmente o acompanhamento de exoplanetas, em vez de encontrá-los, mas, ao fazê-lo, contribuirá para uma caracterização muito melhor dos exoplanetas e seus hospedeiros. Muito do ‘existe vida lá fora’ depende não apenas do exoplaneta, mas das condições transmitidas a esse exoplaneta por seu hospedeiro. Conhecer o ambiente do ‘clima espacial’ obterá informações muito melhores das observações do BFT.”
Junto com os potenciais filmes de exoplanetas e a ciência aprimorada de estrelas brilhantes, uma das principais forças motrizes por trás do BFT é seu custo, já que os pesquisadores estimam que o custo total de todo o projeto é de US$ 28.496.000 para todos os 16 telescópios de 0,5 metros cada. Em contraste, o conjunto GSU CHARA custou mais de US$ 14,5 milhões para apenas seis telescópios de 1 metro cada, e os custos de construção para o VLT/VLTI são estimado na casa das centenas de milhões de dólares por quatro telescópios de 8,2 metros e quatro telescópios móveis de 1,8 metros.
Este estudo recente fornece uma análise detalhada dos custos de cada aspecto do BFT, incluindo coleta de feixes (US$ 4.720.000), transporte de feixes (US$ 2.744.000), combinação de feixes (US$ 4.140.000), atraso de feixes (US$ 4.000.000), infraestrutura (US$ 1.943.000) e mão de obra (US$ 5.250.000). Mas, dado que cada telescópio BFT é menor do que aqueles usados no GSY CHARA e no VLTI, o que significa que seu tamanho de abertura de coleta é menor, qual é o significado de usar um tamanho de abertura de coleta de 0,5 metro e qual é a razão para o BFT mirar em estrelas brilhantes?
“Os telescópios de 0,5 m têm um grande impacto na acessibilidade do projeto”, diz o Dr. van Belle Universo Hoje. “Os telescópios menores são mais baratos, tanto para o tubo do telescópio quanto para a montagem. Isso, por sua vez, significa que o gabinete é menor e mais barato também. Com telescópios de meio metro, a correção atmosférica simples de ponta-inclinação é suficiente, em vez de óptica adaptativa multielemento mais cara. E como há 16 aberturas, cada redução no custo por estação tem um grande efeito dominó. E sim, o principal negócio acontecendo aqui é que a instalação só pode observar objetos mais brilhantes – por exemplo, principalmente estrelas brilhantes.”
Assim como telescópios espaciais, construir em terra leva anos de financiamento, testes, planejamento e construção. Isso envolve obter o financiamento necessário de várias partes e organizações e encontrar um local de construção apropriado para o local. Além disso, testar os telescópios antes da instalação é essencial para que eles conduzam ciência bem-sucedida, tanto no curto quanto no longo prazo.
Por exemplo, o conjunto GSU CHARA foi fundado em 1984, seguido por anos de esforços de financiamento que finalmente foram concluídos em 1998, e a construção do conjunto não foi concluída até 2003. Para o VLT/VLTI, o financiamento começou em 1987, a construção começou em 1991 e foi concluída em 1998. Portanto, quais são os próximos passos para tornar o BFT uma realidade?
“Portanto, o BFT é interessante na forma como é dimensionado”, diz o Dr. van Belle Universo Hoje. “Agora mesmo, estamos fazendo trabalho de laboratório para verificar parte da tecnologia subjacente; boa parte dessa tecnologia já foi implementada com maturidade em lugares como o Georgia State University CHARA Array ou a instalação VLTI do Observatório Europeu do Sul. Depois disso, nossos próximos passos serão testar, no céu, um único par de telescópios. O BFT é encadeado a partir de 16 desses telescópios, mas já podemos testar seu desempenho com apenas dois. Essa escalabilidade torna o BFT um telescópio de risco muito menor do que as grandes instalações convencionais, onde você tem que construir mais ou menos a coisa toda antes de poder testá-la no céu.”
Como o BFT contribuirá para a interferometria óptica nos próximos anos e décadas? Só o tempo dirá, e é por isso que nós, ciência!
Como sempre, continue fazendo ciência e olhando para cima!
