(Português do Brasil) Telescópio James Webb, um breve resumo das suas características e principais linhas de pesquisa (V.5, N.8, P.2, 2022)

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#acessibilidade: Estrela brilhante central, da cor roxo-azul, rodeada de um halo iridescente branco-azulado, o qual termina numa forma de anel deformado, a partir do qual é possível observar uma espécie de pó laranja-avermelhado, tudo isto contra um fundo preto povoado de estrelas.

Texto escrito por Fulvio Andres Callegari

Nos últimos tempos, as imagens obtidas pelo telescópio James Webb têm surpreendido e maravilhado todos os que acompanham com grande interesse a pesquisa em astrofísica. Neste artigo, tentarei dar um resumo das principais caraterísticas deste instrumento, e o que esperar para os próximos anos.

A principal caraterística do telescópio é que ele se trata de um instrumento que capta radiação na parte do infravermelho do espectro eletromagnético. Lembrando que a luz visível é radiação eletromagnética que vai dos 400 nm aos 700 nm de comprimento de onda (onde 1 nm representa um nanômetro, equivalente a 10-9 metro, ou 0,000000001 m). O James Webb capta radiação na faixa dos 5000 nm aos 28000 nm, ou, expresso em micrômetros (onde o micrômetro, simbolizado por μm equivale a 10-6 m), desde os 0,5 μm aos 28 μm.

Existiu um outro telescópio espacial que trabalhava nessa faixa espectral: o Spitzer, o qual foi lançado em 2003 e aposentado em 2020. O telescópio James Webb tem uma melhor resolução que o Spitzer (para saber mais sobre o que é o poder de resolução, ver o meu artigo Impossibilidade do teletransporte e derrubando teorias conspiracionistas usando apenas um argumento da física clássica, neste mesmo blog).

Mas, por que luz infravermelha? Bom, a luz infravermelha é boa em particular para conseguir enxergar através do pó. No espaço tem muito pó, o qual é composto por partículas pequenas, de tamanho aproximadamente igual ao comprimento de onda da luz visível. Por isso, a luz visível é fortemente espalhada (desviada) pelo pó, e resta pouca dessa luz para ser captada pelo telescópio óptico. A luz infravermelha é muito menos desviada pelo pó e, assim, pode ser usada para, literalmente, “enxergar” o universo através dessas partículas. Isto é muito útil porque tem boa quantidade de galáxias que estão rodeadas de pó, e por isso, ficam fora da nossa observação quando tentamos enxergar elas com telescópios ópticos.

Um outro motivo para usar a luz infravermelha é o seguinte: o universo está em expansão e, ao expandir-se, a radiação emitida pelas galáxias vai ficando com o comprimento de onda cada vez maior, isto é, mais “avermelhada”. Para compreender isto, imaginemos que estamos fazendo ondulações numa corda muito longa. O comprimento de onda é a distância entre as cristas dessas ondulações. Imaginemos agora que, enquanto continuamos a gerar essas ondas, começamos a nos afastar (nos deslocamos no sentido contrário ao da propagação das ondas). A distância entre as cristas irá aumentar, ou seja, aumenta o comprimento das ondas. Assim acontece também com a radiação eletromagnética emitida pelas galáxias, quanto maior o comprimento de onda, significa que mais afastada está a galáxia, e também, mais antiga ela é. Utilizando esse comprimento de onda podemos obter valiosas informações sobre os primórdios do universo.

Comparado com outro famoso telescópio espacial, o Hubble, o James Webb terá, além de maior poder de resolução, um campo de visão 15 vezes maior. O campo de visão é a área total (considerando imagens bidimensionais), que pode ser visualizada.

O espelho do telescópio está coberto por uma camada de 100 nm de ouro. O motivo é que o ouro é um excelente refletor do infravermelho. No total, há aproximadamente 50 gramas de ouro no James Webb.

Outra questão interessante diz respeito a posição que o telescópio James Webb ocupa no espaço. A diferença do seu famoso primo, o telescópio Hubble que orbita a terra, o James Webb orbita o sol em torno do ponto Lagrange 2, do sistema Terra-Sol. O Lagrange 2 é um dos pontos no qual a força de atração gravitacional do sol, da terra e a força centrífuga inerente a todo movimento orbital estão equilibradas. Dessa forma, a posição do telescópio pode ser mantida apenas com pequenas correções, não precisando grande quantidade de combustível para isso. Atualmente, o James Webb possui combustível para fazer essas correções pelos próximos 10 anos, e espera-se que no final desse período possa ser recarregado.

Quem e para que vão usar o telescópio James Webb? O telescópio será utilizado por aqueles grupos de pesquisa cujos projetos forem aprovados. Logicamente, as pessoas envolvidas no desenvolvimento do telescópio já têm tempo de observação reservado para eles próprios. Você pode ver no website específico e saber quais projetos foram aprovados até agora. Há uma ampla variedade de tópicos a serem pesquisados, como a observação de exoplanetas e a identificação de moléculas específicas que possam indicar a presença de vida. A luz infravermelha é vantajosa para isto já que moléculas como as de oxigênio, água, dióxido de carbono, ozônio e metano possuem bandas de absorção (o que basicamente significa que podem ser detectadas), nesta faixa de frequências.

Um outro e importante tópico é a formação de estrelas e sistemas solares, onde mais uma vez a luz infravermelha tem um importante papel. Também podem ser observados os asteroides (dentro do nosso sistema solar), para ver se eles contêm água ou algum outro composto. Isto seria muito útil para saber de onde veio a água da terra, o que ainda é um mistério. Ao mesmo tempo, isto ajudará a ter uma noção de quão frequente pode ser o aparecimento de vida no universo em geral.

Em outra série de pesquisas podem ser estudadas galáxias muito, mas muito, mais afastadas, o que significa que foram formadas “pouco” tempo após o big bang. Como já mencionado, a luz infravermelha é a mais apropriada para este tipo de estudo. O registro da galáxia mais velha já detectada pelo Hubble data de aproximadamente 400 milhões de anos após o início do universo, lembrando que a idade aproximada do universo hoje é estimada em 13.800 milhões de anos. As primeiras observações do James Webb já indicam a possibilidade de ter observado uma galáxia mais velha ainda, e espera-se que possamos enxergar até 100 milhões de anos após o big bang. Isto também pode nos dizer alguma coisa sobre a matéria no universo, especialmente a chamada (em inglês, e ainda hipotética) “Dark-Matter”, ou matéria escura.

Obviamente, as linhas de pesquisa não param por aqui, e, sem dúvidas, os próximos anos serão muito interessantes com as incríveis descobertas e as teorias que serão confirmadas ou refutadas a partir destas observações.

Fontes:

Fontes das imagens destacadas: NASA, ESA, CSA, and STScI

Para saber mais:

James Webb Space Telescope

SpaceToday – YouTube

 

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