- Visão nítida de um único telescópio: Normalmente, os astrônomos conectam vários telescópios para obter imagens nítidas de estrelas e galáxias distantes. Uma equipe liderada pela UCLA agora obteve detalhes recordes da estrela Beta canis menor Usando apenas um telescópio equipado com um dispositivo inovador chamado lanterna fotônica.
- Como funciona: As lanternas fotônicas dividem a luz das estrelas em muitos canais finos que capturam padrões espaciais finos. Técnicas computacionais avançadas combinam então esses canais para reconstruir uma imagem de alta resolução repleta de detalhes que de outra forma seriam perdidos.
- Uma nova fronteira para a astronomia: Esta abordagem inovadora poderá permitir aos cientistas explorar objetos mais pequenos, mais ténues e mais distantes do que nunca, fornecendo novos conhecimentos sobre a estrutura oculta do Universo e desencadeando novas descobertas.
Uma visão inovadora de um único telescópio
Pela primeira vez, os astrónomos utilizaram um novo método de imagem num telescópio terrestre para capturar a aparência mais detalhada do disco que rodeia uma estrela distante. Liderada por pesquisadores da UCLA, a conquista revelou estruturas ocultas que nunca haviam sido vistas antes. A descoberta abre caminho para os cientistas estudarem os detalhes mais sutis de estrelas, planetas e outros corpos celestes, transformando potencialmente a forma como exploramos o universo.
A capacidade de um telescópio de revelar objetos fracos ou distantes depende do seu tamanho. Telescópios maiores podem coletar mais luz, permitindo-lhes ver alvos mais escuros e produzir imagens mais nítidas. O nível mais alto de detalhe geralmente é alcançado conectando vários telescópios para formar um conjunto. Construir estes grandes instrumentos, ou conectá-los, tem sido fundamental para alcançar a precisão necessária para descobrir novas propriedades cósmicas.
Usando luz com uma lanterna fotônica
Usando um dispositivo chamado lanterna fotônica, os astrônomos podem agora fazer melhor uso da luz coletada pelos telescópios para produzir imagens de resolução extremamente alta. Detalhes deste progresso são exibidos Cartas de diários astrofísicos.
“Na astronomia, detalhes nítidos de imagens geralmente são obtidos combinando telescópios. Mas fizemos isso com um único telescópio, alimentando sua luz em uma fibra óptica especialmente projetada, chamada lanterna fotônica. Este dispositivo divide a luz da estrela de acordo com seu padrão de flutuação, deixando detalhes finos que de outra forma seriam perdidos. Podemos reconstruir as medições. Uma imagem de alta resolução de um disco próximo de estrelas, “disse o primeiro autor e candidato a doutorado da UCLA, Yoo Jung Kim.
As lanternas fotônicas dividem a luz recebida em vários canais com base no formato da onda de luz, da mesma forma que separam as notas de um acorde musical. Ele separa a luz por cor, criando um espectro semelhante ao do arco-íris. O dispositivo foi projetado e construído pela Universidade de Sydney e pela Universidade da Flórida Central e faz parte do instrumento FIRST-PL desenvolvido e liderado pelo Observatório de Paris e pela Universidade do Havaí. O sistema está instalado no instrumento Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics no Telescópio Subaru no Havaí, operado pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão.
“O que mais me entusiasma é que este dispositivo combina fotónica de ponta com engenharia de precisão feita aqui no Havai”, disse Sébastien Viviard, membro do corpo docente da Iniciativa de Ciência e Engenharia Espacial da Universidade do Havai. “Isso mostra como a colaboração em todo o mundo e entre disciplinas pode literalmente mudar a forma como vemos o universo.”
Além dos limites da imagem tradicional
Este método de separar e analisar a luz permite uma nova maneira de ver detalhes finos, alcançando uma resolução mais nítida do que as câmeras telescópicas tradicionais.
“Para qualquer telescópio de um determinado tamanho, a natureza ondulatória da luz limita a finura do detalhe que você pode observar com uma câmera de imagem tradicional. Isso é chamado de limite de dispersão, e nossa equipe está trabalhando para usar uma lanterna fotônica para avançar esta fronteira do que é alcançável”, disse Michael Fitzgerald, professor de física e astronomia da UCLA.
“Este trabalho demonstra o potencial da tecnologia fotónica para permitir novos tipos de medições em astronomia”, disse Nemanja Jovanović, co-líder do estudo no Instituto de Tecnologia da Califórnia. “Estamos apenas começando. As possibilidades são realmente emocionantes.”
No início, os pesquisadores enfrentaram um grande desafio: a turbulência na atmosfera terrestre. O mesmo efeito cintilante que torna o horizonte distante ondulado em um dia quente faz com que a luz das estrelas pisque e se distorça ao passar pelo ar. Para corrigir isto, a equipa do Telescópio Subaru utilizou óptica adaptativa, uma tecnologia que se ajusta continuamente para cancelar estas distorções e estabilizar as ondas de luz em tempo real.
“Precisamos de um ambiente muito estável para medir e recuperar informações espaciais usando esta fibra”, disse Kim. “Mesmo com óptica adaptativa, a lanterna fotônica era tão sensível às flutuações da frente de onda que tive que desenvolver uma nova técnica de processamento de dados para filtrar a turbulência atmosférica residual.”
Explorando Beta Canis Minor com detalhes impressionantes
A equipa testou a sua técnica observando a estrela Beta Canis Minoris (β CMi), localizada a cerca de 162 anos-luz de distância, na constelação do Cão Menor. Esta estrela está rodeada por um disco de hidrogénio em rotação rápida. À medida que o gás no disco se move, o lado que gira em direção à Terra parece mais azul, enquanto o lado que se afasta parece mais vermelho, como resultado do efeito Doppler (o mesmo fenômeno que altera o tom do som de um carro em movimento). Estas mudanças de cor alteram ligeiramente a posição aparente da luz estelar, dependendo do seu comprimento de onda.
Ao aplicar novos métodos computacionais, os pesquisadores mediram essas mudanças de posição baseadas em cores com precisão cerca de cinco vezes maior do que antes. Além de confirmar a rotação do disco, descobriram que ele é unidirecional.
“Não esperávamos detectar tal anomalia e será uma tarefa para os astrofísicos modelarem estes sistemas explicar a sua presença”, disse Kim.
Uma nova maneira de ver o universo
Este método inovador permitirá aos astrónomos observar objetos mais pequenos e mais distantes com uma clareza sem precedentes. Isto poderia ajudar a resolver mistérios cosmológicos de longa data e, no caso do disco unidirecional em torno de β CMi, a descobrir outros inteiramente novos.
O projeto envolveu uma colaboração internacional que incluiu a Iniciativa de Ciência e Engenharia Espacial da Universidade do Havaí, o Observatório Astronômico Nacional do Japão, o Instituto de Tecnologia da Califórnia, a Universidade do Arizona, o Centro de Astrobiologia do Japão, o Observatório de Paris, a Universidade da Flórida Central, a Universidade de San Jose e a Universidade Calrose. Cientistas foram incluídos.
