- Visões mais nítidas de um único telescópio: Normalmente, os astrônomos conectam vários telescópios para obter as imagens mais claras de estrelas e galáxias distantes. Uma equipe liderada pela UCLA agora alcançou um detalhe recorde da estrela beta Canis Minoris usando apenas um telescópio equipado com um dispositivo inovador chamado lanterninha fotônica.
- Como funciona: A lanterninha fotônica divide a luz estelar em muitos canais finos que capturam padrões espaciais sutis. Técnicas computacionais avançadas combinam esses canais para reconstruir uma imagem de alta resolução repleta de detalhes que, de outra forma, seriam perdidos.
- Uma nova fronteira para a astronomia: Essa abordagem inovadora pode permitir que os cientistas explorem objetos que são menores, mais fracos e mais distantes do que nunca, oferecendo novas percepções sobre a estrutura escondida do universo e despertando novas descobertas.
Uma Visão Revolucionária a Partir de um Único Telescópio
Pela primeira vez, astrônomos usaram um novo método de imagem em um telescópio terrestre para capturar a visão mais detalhada de um disco ao redor de uma estrela distante. Liderada por pesquisadores da UCLA, a conquista revelou estruturas ocultas que nunca haviam sido vistas antes. Esse avanço abre caminho para que os cientistas estudem detalhes mais finos de estrelas, planetas e outros objetos celestiais, potencialmente transformando a forma como exploramos o universo.
A capacidade de um telescópio para revelar objetos fracos ou distantes depende de seu tamanho. Telescópios maiores podem coletar mais luz, permitindo que vejam alvos mais tênues e produzam imagens mais nítidas. Os mais altos níveis de detalhe são normalmente alcançados ao linkar vários telescópios para formar um array. Construir esses grandes instrumentos ou conectá-los tem sido a chave para alcançar a precisão necessária para descobrir novas características cósmicas.
Utilizando Luz com uma Lanterninha Fotônica
Usando um dispositivo chamado lanterninha fotônica, os astrônomos agora podem aproveitar melhor a luz capturada por um telescópio para produzir imagens de resolução extremamente alta. Os detalhes desse avanço aparecem na Astrophysical Journal Letters.
“Na astronomia, os detalhes de imagem mais nítidos costumam ser obtidos conectando telescópios. Mas fizemos isso com um único telescópio, direcionando sua luz para uma fibra óptica especialmente projetada, chamada lanterninha fotônica. Esse dispositivo divide a luz estelar de acordo com seus padrões de flutuação, mantendo detalhes sutis que, de outra forma, seriam perdidos. Ao reassemblar as medições das saídas, conseguimos reconstruir uma imagem de altíssima resolução de um disco ao redor de uma estrela próxima,” disse o autor principal e doutorando da UCLA, Yoo Jung Kim.
A lanterninha fotônica divide a luz que chega em múltiplos canais com base na forma da frente de onda luminosa, semelhante a separar as notas de um acorde musical. Ela também divide a luz por cor, criando um espectro semelhante a um 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 Havai. Este sistema está instalado no instrumento Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics no Telescópio Subaru no Havai, operado pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão.
“O que mais me empolga é que este instrumento combina fotônica de ponta com a engenharia de precisão feita aqui no Havai,” afirmou Sebastien Vievard, membro do corpo docente da Iniciativa de Ciências Espaciais e Engenharia da Universidade do Havai, que ajudou a liderar a construção. “Isso mostra como a colaboração global e interdisciplinar pode literalmente mudar a forma como vemos o cosmos.”
Superando os Limites da Imagem Tradicional
Esse método de separar e analisar a luz permite uma nova forma de ver detalhes finos, alcançando uma resolução mais nítida do que as câmeras de telescópios tradicionais.
“Para qualquer telescópio de um determinado tamanho, a natureza ondulatória da luz limita a finura do detalhe que você pode observar com câmeras de imagem tradicionais. Isso é chamado de limite de difração, e nossa equipe tem trabalhado para usar uma lanterninha fotônica para avançar no que é alcançável nesta fronteira,” disse o professor de física e astronomia da UCLA, Michael Fitzgerald.
“Este trabalho demonstra o potencial das tecnologias fotônicas para possibilitar novos tipos de medição na astronomia,” disse Nemanja Jovanovic, co-líder do estudo no Instituto de Tecnologia da Califórnia. “Estamos apenas começando. As possibilidades são realmente empolgantes.”
Inicialmente, os pesquisadores enfrentaram um grande desafio: a turbulência da atmosfera terrestre. O mesmo efeito de cintilação que faz com que horizontes distantes pareçam ondulados em um dia quente faz com que a luz das estrelas tremule e distorça à medida que viaja pelo ar. Para corrigir isso, a equipe do Telescópio Subaru utilizou óptica adaptativa, uma tecnologia que se ajusta continuamente para cancelar essas distorções e estabilizar as ondas de luz em tempo real.
“Precisamos de um ambiente muito estável para medir e recuperar informações espaciais usando essa fibra,” disse Kim. “Mesmo com a óptica adaptativa, a lanterninha 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 restante.”
Explorando Beta Canis Minoris em Detalhes Impressionantes
A equipe testou sua técnica observando a estrela beta Canis Minoris (β CMi), localizada a cerca de 162 anos-luz de distância na constelação Canis Minor. Esta estrela é cercada por um disco de hidrogênio em rápida rotação. À medida que o gás no disco se move, o lado que está girando em direção à Terra aparece mais azul, enquanto o lado se movendo para longe parece mais avermelhado, em resultado do efeito Doppler (o mesmo fenômeno que altera a altura do som de um carro em movimento). Essas variações de cor alteram ligeiramente a posição aparente da luz estelar dependendo de seu comprimento de onda.
Aplicando novos métodos computacionais, os pesquisadores mensuraram essas deslocamentos baseados em cor com cerca de cinco vezes mais precisão do que nunca. Além de confirmar a rotação do disco, descobriram que ele é assimétrico.
“Não esperávamos detectar uma assimetria como essa, e será tarefa dos astrofísicos modelar esses sistemas para explicar sua presença,” disse Kim.
Uma Nova Forma de Ver o Universo
Essa abordagem inovadora permitirá que os astrônomos observem objetos menores e mais distantes com uma clareza sem precedentes. Pode ajudar a resolver mistérios cósmicos de longa data e, como no caso do disco assimétrico ao redor de β CMi, descobrir novos mistérios inteiramente.
O projeto envolveu uma colaboração internacional que incluiu cientistas da Iniciativa de Ciências Espaciais e Engenharia da Universidade do Havai, do Observatório Astronômico Nacional do Japão, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, da Universidade do Arizona, do Centro de Astrobiologia no Japão, do Observatório de Paris, da Universidade da Flórida Central, da Universidade de Sydney e da Universidade da Califórnia em Santa Cruz.
