- Obtenha uma visão mais clara com um único telescópio: Freqüentemente, os astrônomos conectam vários telescópios para obter imagens mais nítidas de estrelas e galáxias distantes. A equipe liderada pela UCLA agora tem detalhes de estrelas recordes cachorrinho beta Usando apenas um telescópio equipado com um dispositivo inovador chamado lanterna de fótons.
- Como funciona: As luzes dos fótons dividem a luz das estrelas em muitos canais finos, capturando padrões espaciais sutis. Técnicas avançadas de computação combinam esses canais para reconstruir uma imagem de alta resolução repleta de detalhes que, de outra forma, seriam perdidos.
- Novas fronteiras na astronomia: Esta abordagem inovadora permite aos cientistas explorar objetos mais pequenos, mais ténues e mais distantes do que nunca, fornecendo novas informações sobre a estrutura oculta do Universo e desencadeando novas descobertas.
Observações inovadoras de um único telescópio
Pela primeira vez, os astrónomos utilizaram um novo método de imagem num telescópio terrestre para capturar a imagem mais detalhada de um disco que rodeia uma estrela distante. Liderada por pesquisadores da UCLA, a conquista revela estruturas ocultas que nunca foram vistas antes. A descoberta abre caminho para os cientistas estudarem estrelas, planetas e outros corpos celestes com mais detalhes, mudando 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 fracos e produzir imagens mais nítidas. O mais alto nível de detalhe geralmente é alcançado conectando vários telescópios para formar um conjunto. Construir ou conectar estes grandes instrumentos tem sido fundamental para alcançar a precisão necessária para descobrir novas características do universo.
Aproveitando a luz com lanternas de fótons
Usando um dispositivo chamado lanterna de fótons, os astrônomos podem agora aproveitar melhor a luz coletada pelos telescópios para produzir imagens de resolução extremamente alta. Detalhes dessa descoberta surgiram em Comunicações do Jornal Astrofísico.
“Na astronomia, os detalhes de imagem mais nítidos são normalmente obtidos conectando telescópios. Mas fazemos isso com um único telescópio, alimentando sua luz em uma fibra óptica especialmente projetada chamada lanterna de fótons. O dispositivo divide a luz das estrelas com base em seus padrões de onda, preservando detalhes sutis que de outra forma seriam perdidos. Ao recombinar as medições de saída, podemos reconstruir imagens de alta resolução dos discos que cercam estrelas próximas, “disse o primeiro autor Yoo Jung Kim, estudante de doutorado da UCLA.
As luzes de fótons dividem a luz recebida em vários canais com base no formato da frente de onda da luz, como as notas que separam um acorde. Também divide a luz por cor, criando um espectro semelhante ao do arco-íris. Projetado e construído pela Universidade de Sydney e pela Universidade da Flórida Central, o dispositivo faz parte do instrumento FIRST-PL desenvolvido e liderado pelo Observatório de Paris e pela Universidade do Havaí. O sistema está instalado no Instrumento de Óptica Adaptativa Subaru Coronal Extreme no Telescópio Subaru no Havaí, que é operado pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão.
“O que mais me entusiasma é que este instrumento combina fotônica de ponta com engenharia de precisão feita no Havaí”, disse Sebastien Vievard, membro do corpo docente do Programa de Ciência e Engenharia Espacial da Universidade do Havaí que ajudou a liderar o projeto. “Isso mostra como as colaborações em todo o mundo e entre disciplinas podem realmente mudar a forma como vemos o universo.”
Rompendo as limitações da imagem tradicional
Este método de separação e análise de luz oferece uma nova maneira de observar detalhes finos, alcançando uma resolução mais nítida do que as câmeras telescópicas tradicionais.
“Para telescópios de qualquer tamanho, a natureza ondulatória da luz limita a finura dos detalhes que podem ser observados usando câmeras de imagem convencionais”, disse Michael Fitzgerald, professor de física e astronomia na UCLA. “Isso é chamado de limite de difração, e nossa equipe tem trabalhado para usar lanternas fotônicas para avançar o que é possível nesta fronteira”.
“Este trabalho demonstra o potencial da tecnologia fotónica para permitir novos tipos de medições em astronomia”, disse Nemanja Jovanovic, co-líder do estudo no Caltech. “Estamos apenas começando. As possibilidades são realmente emocionantes.”
Inicialmente, os pesquisadores enfrentaram um grande desafio: a turbulência da atmosfera terrestre. Em dias quentes, o horizonte distante aparece como um efeito cintilante semelhante a uma onda, que também faz com que a luz das estrelas pisque e se distorça à medida que viaja pelo ar. Para corrigir este problema, a equipe do Telescópio Subaru utilizou tecnologia de óptica adaptativa, que se ajusta continuamente para eliminar essas 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 óptica”, disse Jin. “Mesmo com óptica adaptativa, as lanternas fotônicas são muito sensíveis às flutuações da frente de onda, então tive que desenvolver uma nova técnica de processamento de dados para filtrar a turbulência atmosférica remanescente.”
Descubra os incríveis detalhes do cachorrinho Beta
A equipe testou sua técnica observando a estrela Beta Canis Minoris (β CMi), que está localizada a cerca de 162 anos-luz de distância, na constelação de Canis Minor. A estrela é cercada por um disco de hidrogênio em rápida rotação. À medida que o gás no disco se move, o lado que gira em direção à Terra parece mais azul e o lado mais distante parece mais vermelho, resultado do efeito Doppler (o mesmo fenômeno que altera a intensidade do som de um carro em movimento). Estas mudanças de cor alteram ligeiramente a posição aparente da luz estelar com base no seu comprimento de onda.
Ao aplicar novos métodos computacionais, os pesquisadores conseguiram medir essas mudanças de posição baseadas em cores com cerca de cinco vezes mais precisão do que era possível anteriormente. Além de confirmar a rotação do disco, também descobriram que ele estava desequilibrado.
“Não esperávamos detectar tal assimetria e será uma tarefa para os astrofísicos modelar estes sistemas para explicar a sua presença”, disse King.
Uma nova maneira de observar o universo
Esta abordagem inovadora permitirá aos astrónomos observar objetos mais pequenos e mais distantes com uma clareza sem precedentes. Poderia ajudar a resolver mistérios cósmicos de longa data e, como no caso dos discos desequilibrados em torno do beta CMi, revelar outros inteiramente novos.
O projeto envolve uma colaboração internacional, incluindo cientistas do Programa de Ciência e Engenharia Espacial da Universidade do Havaí, do Observatório Astronômico Nacional do Japão, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, da Universidade do Arizona, do Centro de Astrobiologia do Japão, do Observatório de Paris, da Universidade da Flórida Central, da Universidade de Sydney e da Universidade da Califórnia, Santa Cruz.
