A NASA e instituições parceiras estão trabalhando na construção do Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, que deve ser lançado em maio de 2027. Um dos instrumentos deve contribuir muito na busca por exoplanetas habitáveis usando novas ferramentas para bloquear a luz das estrelas e revelas os planetas em sua órbita: o instrumento Coronógrafo Roman. Após essa tecnologia ser demonstrada por esse instrumento, dispositivos semelhantes em outros telescópios poderão permitir que, no futuro, astrônomos identifiquem substâncias nas atmosferas de exoplanetas – incluindo algumas que podem indicar a presença de vida.
Recentemente, o demonstrador tecnológico foi enviado do Laboratório de Propulsão à Jato (JPL), no sul da Califórnia, para o Centro de Voo Espacial Goddard, da NASA, em Maryland. Lá, ele se uniu ao resto do telescópio. Antes da viagem, o coronógrafo passou pelo teste mais completo de suas habilidades para bloquear a luz estelar já feito. Os engenheiros responsáveis o apelidaram de teste do “buraco escuro”.
A equipe colocou o coronógrafo em uma câmara selada projetada para simular o vácuo frio e escuro do espaço. Com lasers e dispositivos ópticos especiais, eles reproduziram a luz de uma estrela como ela seria observada pelo Roman. Quando a luz atinge o coronógrafo, o instrumento usa pequenas máscaras para bloquear a estrela, como a Lua bloqueando o sol durante um eclipse solar total. Isso facilita a visualização de objetos de brilho mais fracos próximos à estrela.
Os coronógrafos com máscaras já estão voando no espaço, mas não conseguem detectar um exoplaneta semelhante à Terra. Mesmo o brilho de uma estrela mascarada ofusca um planeta desse tipo. De outro sistema estelar, nosso planeta pareceria aproximadamente 10 bilhões de vezes mais escuro que o Sol e os dois estão relativamente próximos um do outro. Tentar fazer uma imagem direta da Terra seria como tentar ver um grão de algas bioluminescentes ao lado de um farol a uns 5 mil km de distância.
Esse novo instrumento demonstrará técnicas que podem remover mais luz estelar do que os coronógrafos espaciais anteriores, usando vários componentes móveis que o tornarão o primeiro coronógrafo “ativo” no espaço. Suas principais ferramentas são dois espelhos deformáveis, cada um com apenas 5 cm de diâmetro e apoiados por mais de 2 mil pequenos pistões que se movem para cima e para baixo. Os pistões trabalham juntos para alterar a forma dos espelhos de modo que possam compensar a luz difusa indesejada que se espalha pelas bordas das máscaras.
Os espelhos deformáveis também ajudam a corrigir as imperfeições das outras ópticas do telescópio. Embora sejam muito pequenas para afetar as outras medições altamente precisas do Roman, as imperfeições podem enviar a luz difusa das estrelas para o ‘buraco escuro”. Alterações precisas feitas no formato de cada espelho deformável, imperceptíveis a olho nu, compensam essas imperfeições.
“As falhas são tão pequenas e têm um efeito tão insignificante que tivemos que fazer mais de 100 iterações para acertar”, disse Feng Zhao, vice-gerente de projeto do Coronógrafo Roman no JPL. “É como quando você vai a um optometrista e ele coloca lentes diferentes e pergunta: ‘Esta é melhor? Que tal esta?’ E o coronógrafo teve um desempenho ainda melhor do que esperávamos.”
Durante o teste, as leituras da câmera do coronógrafo mostram uma região em forma de rosquinha ao redor da estrela central que escurece lentamente à medida que a equipe direciona mais luz estelar para longe dela – por isso a brincadeira de “cavar o buraco escuro”. No espaço, um exoplaneta escondido nessa região escura apareceria lentamente à medida que o instrumento fizesse seu trabalho com seus espelhos deformáveis.
“Os componentes ativos, como espelhos deformáveis, são essenciais se você quiser atingir os objetivos de uma missão como o Observatório de Mundos Habitáveis”, disse Ilya Poberezhskiy, do JPL, engenheiro de sistemas no projeto do coronógrafo. “A natureza ativa do Coronógrafo Roman permite que você leve a óptica comum a um nível diferente. Isso torna todo o sistema mais complexo, mas não poderíamos fazer essas coisas incríveis sem ele.”
Mundos habitáveis Mais de 5 mil exoplanetas foram confirmados nos últimos 30 anos, mas a maioria foi detectada indiretamente: sua presença é inferida com base em como afetam sua estrela. Detectar essas mudanças relativas na estrela é muito mais fácil do que ver um planeta muito mais fraco. De fato, menos de 70 exoplanetas foram diretamente fotografados.
Além disso, os planetas que foram diretamente fotografados até o momento não são como a Terra. A maioria é muito maior, mais quente e, normalmente, mais distante de suas estrelas. Essas características os tornam mais fáceis de detectar, mas também menos hospitaleiros para a vida como a conhecemos.
Para procurar mundos potencialmente habitáveis, os cientistas precisam obter imagens de planetas que não sejam apenas bilhões de vezes mais fracos do que suas estrelas, mas que também orbitem a uma distância adequada para a existência de água líquida na superfície do planeta – um precursor do tipo de vida encontrado na Terra.
O desenvolvimento de ferramentas para obter imagens diretas de planetas semelhantes à Terra exigirá etapas intermediárias. E esse coronógrafo é uma delas. Em sua capacidade máxima, ele poderia obter imagens de um exoplaneta semelhante a Júpiter em torno de uma estrela como o nosso Sol: um planeta grande e frio fora da zona habitável da estrela.
As lições aprendidas com esse instrumento abrirão o caminho para missões projetadas para obter imagens diretas de planetas do tamanho da Terra nas zonas habitáveis de estrelas semelhantes ao Sol. A NASA tem um conceito para um telescópio chamado Observatório de Mundos Habitáveis (HWO), que visa obter imagens de pelo menos 25 planetas semelhantes à Terra com um instrumento a ser baseado no a demonstração do Coronógrafo Roman.
Leia mais sobre o HWO:
“Telescópio espacial poderia observar luas de exoplanetas”, 21/05/2024
“Artigo avalia possibilidade de detecção de painéis solares alienígenas”, 23/05/2024