Próxima etapa irá usar dados de levantamento óptico do maior estudo do cosmos da década

Para a ciência mundial, a descoberta feita pelos cientistas brasileiros representa uma preparação para projetos mais complexos de busca de arcos por meio de ferramentas novas e mais precisas – criadas por eles – que serão usadas na nova geração de mapeamentos de grandes áreas da cosmologia, como o Dark Energy Survey (DES) – levantamento de energia escura, em português.

“Antes havia poucos objetos, e o estudo era mais artesanal; agora, o avanço foi podermos usar métodos que quantifiquem de forma objetiva os sistemas com arcos, podendo ser aplicados aos levantamentos em  grandes áreas”, explica Makler. Graças às técnicas desenvolvidas pelos brasileiros, a comunidade científica mundial agora poderá usar processos automáticos, que são facilmente reproduzidos – algo sempre benvindo na ciência.

Colaboração internacional que conta com a participação de mais de 20 institutos e envolve mais de 200 pessoas, o DES vai mapear uma área gigantesca – 1/8 de toda a esfera celeste – por meio do telescópio Blanco, situado próximo ao SOAR, e de uma nova câmera sofisticada projetada pelos cientistas, o que o torna o maior levantamento óptico para o estudo do cosmos da década.

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Desta vez, os pesquisadores irão buscar não dezenas, nem centenas, mas milhares de arcos: “o Sogras foi a preparação para o DES”, resume o cientista brasileiro. O objetivo principal da iniciativa é determinar propriedades da energia escura e testar a teoria da relatividade, por meio de várias medidas complementares que são sensíveis à expansão do Universo e à formação das estruturas em maiores escalas.

Mistérios do Universo 

Outra tarefa paralela do megaprojeto é o estudo das lentes gravitacionais. Além da energia escura, o estudo delas ajuda na determinação da estrutura de galáxias e aglomerados. Por meio do efeito dos telescópios gravitacionais, os cientistas poderão entender a evolução das galáxias – a observação de algumas das mais distantes só foi possível graças à ampliação proporcionada pelas lentes. Com ajuda do chamado efeito de lenteamento fraco, que causa apenas leves distorções e uma pequena variação no brilhos das fontes, eles poderão obter dados importantes, como a abundância de energia escura no universo. As lentes também são úteis para descobrir a velocidade em que o Universo está se expandindo.

Para realizar um tamanho dessa envergadura cósmica, é preciso uma sofisticação gigantesca na captura de imagens. Para isso, físicos do Fermilab e das instituições participantes do DES desenvolveram, ao longo de oito anos, uma câmera extremamente sensível e de grande cobertura angular, a Dark Energy Camera (DECam). Capaz de gerar imagens com uma gigantesca resolução de 570 megapixels – uma câmera profissional comum tem cerca de 20 megapixels –, a megacâmera é considerada pela comunidade acadêmica “a mais poderosa máquina de mapeamento do céu já criada”.

Montada no telescópio Víctor M. Blanco, também nas montanhas do Chile, a câmera ajudará os cientistas a entender por que o Universo está se expandindo cada vez mais rápido. A máquina tem uma matriz de 74 sensores CCD (foto ao lado), um dispositivo parecido ao usado em câmeras digitais comuns, para a captação de imagens.
 

O campo de visão da DECam é tão grande que uma única imagem registrará dados de uma área do céu 20 vezes maior que o tamanho da Lua, vista da Terra, garantem os pesquisadores. Para obter tamanha área de visão, foi desenvolvido um sistema de cinco lentes (a maior delas têm um metro de diâmetro), todas com um método exclusivo que corrige várias aberrações ópticas.

Graças ao projeto, deverão ser descobertas milhares de supernovas (explosões de estrelas), que tornaram a energia escura um assunto popular depois que os cientistas Saul Perlmutter, Adam Riess e Brian Schmidt ganharam o Nobel de Física de 2011, por pesquisas que mostraram como o Universo está se expandindo em um ritmo acelerado. Os estudos se basearam na observação da luz de supernovas distantes – explosões que marcam o fim da vida de estrelas com muita massa.

Óptica adaptativa, a inovação 

A energia escura também influencia no modo como a matéria se aglomera para formar as grandes estruturas no Universo. Por isso, acrescenta o pesquisador, “tanto observando como as galáxias se distribuem, ou estudando o efeito de lente gravitacional produzido por essa matéria, é possível determinar propriedades dela [energia escura]”.

No caso do estudo dos arcos gravitacionais, o acompanhamento mais detalhado será feito novamente através do Gemini e do SOAR, além de telescópios do Observatório Europeu Austral (ESO), desta vez “com ajuda de um recurso inovador, observa Makler, conhecido como “óptica adaptativa”, que será usado para corrigir as distorções na propagação das ondas eletromagnéticas pela atmosfera terrestre e através da óptica do telescópio, melhorando bastante a resolução das imagens.

No longo prazo, o Grande Telescópio para levantamentos Sinópticos (LSST, em inglês), que também fica no Chile, deverá mapear uma área ainda maior e em maior profundidade que o DES.

Nova era para a astrofísica

Um dos sonhos dos cientistas – ainda distante – é observar as lentes gravitacionais de fora da Terra. Até agora, os estudos mais detalhados foram feitos pelo telescópio espacial Hubble – no entanto, ele cobre uma área muito pequena, incapaz de mapear a estrutura em grande escala e de descobrir uma grande quantidade de arcos.

Duas futuras sondas espaciais – uma da Nasa, outra da agência espacial europeia – prometem combinar uma grande área coberta e resolução angular, ampliando a descoberta de arcos para as centenas de milhares. Para os cientistas, este é o começo de uma era de aplicações de lentes gravitacionais em quase todas as escalas da astrofísica.   

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