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O que veríamos a bordo do telescópio James Webb? "Maioritariamente escuridão"

Lançado para o Espaço há sete meses,o telescópio espacial James Webb promete revolucionar a astronomia. Macarena Garcia Marin, uma das cientistas à frente dos equipamentos, explica como. 

O que veríamos a bordo do telescópio James Webb? "Maioritariamente escuridão"

Natural de Santa Cruz de Tenerife, a astrofísica Macarena Garcia Marin é uma das cientistas por detrás das calibrações do telescópio espacial James Webb, que completou esta semana sete meses no espaço. Para Macarena, quadro da Agência Espacial Europeia, a aventura começou há 14 anos e ver as primeiras imagens registadas pelo telescópio a 1,5 milhões de quilómetros da Terra abre um novo tempo de conhecimento para a astronomia mas é, ao mesmo tempo, uma lição de humildade. À conversa com o i, conta como funciona esta nova janela para o espaço profundo e não só.

 

Conhecidas as primeiras imagens do James Webb, o que sente quem está atrás do computador a certificar que corre tudo bem?

Honestamente perceber que tudo está a correr melhor até do que o esperado deixa-me muito feliz, muito satisfeita mesmo.

Quando começou a trabalhar nesta missão?

Oficialmente comecei a trabalhar no desenvolvimento de um dos instrumentos do James Webb, o MIRI ou Mid-Infrared Instrument (uma câmara com um espetrómetro que observa radiação infravermelha muito ténue) há 14 anos. Comecei antes de o instrumento estar construído.

Não havia nada ainda?

Havia um modelo em tamanho real para testar alguns aspetos e só depois fizemos o modelo final.

Conseguimos imaginar um satélite com telescópios e câmara fotográficas a flutuar algures a 1,5 milhões de quilómetros da Terra, desta vez com uma órbita em torno do Sol e não da Terra como acontece com o Hubble. Pode explicar como funciona o telescópio espacial?

Basicamente é um telescópio que está constantemente em órbita a recolher dados. Há um espelho principal e depois há um grande escudo solar que está sempre apontado para o sol para proteger o telescópio do calor e da radiação. Temos este espelho principal revestido a ouro e um segundo espelho. Observarmos no infravermelho, é uma porção da luz que não conseguimos ver com os nossos olhos mas que é muito boa a atravessar a poeira e nos permite ver objetos muito distantes. E o ouro é importante porque reflete muito bem esta luz. O telescópio está lá, aponta para uma determinada galáxia ou várias galáxias, por exemplo a primeira imagem de campo profundo (Deep Field) que vimos quando foram divulgadas as primeiras fotografias do James Webb. Uma imagem de campo profundo em astronomia resulta de várias horas de exposição a esta luz infravermelha. Temos um sistema que permite estabilizar a observação: a luz chega ao espelho principal do telescópio, reflete e é capturada pelos instrumentos, inclusive as câmaras, onde temos vários filtros. Quando se combina os filtros vemos toda esta profundidade. E depois, além das câmaras, temos espectrómetros, que não fazem fotografias mas pegam na luz e criam um arco-íris. Nesse arco-íris é como se tivéssemos o ADN ou uma pegada do que estamos a ver: conseguimos saber quão distante está, qual é a composição química, como se move, como é que as estrelas se movem à volta.

Seria como estarmos aqui em Lisboa e podermos ver o quê?

Em Lisboa, como na maioria dos outros lugares, não iríamos ver muito porque o ar é demasiado quente para o telescópio mas se esperássemos horas suficientes seria possível tirar fotografias do espaço profundo. A questão é que aqui não funciona. A vantagem de estar no Espaço é a temperatura baixa, o vácuo e a estabilidade. Muita da luz infravermelha não atravessa a nossa atmosfera, é bloqueada. O que é bom para nós! Mas para a observação é mau.

Mesmo a bordo do telescópio, se fosse possível, o olho humano não veria as imagens que estamos a receber, certo?

Sim, conseguiríamos ver Marte mas um pequeno ponto. Teríamos estrelas como cá mas veríamos maioritariamente escuridão. Os olhos humanos nunca conseguirão ver o espaço, precisamos mesmo destes instrumentos. Se vir por exemplo aquela imagem com milhares de galáxias, de campo profundo (ver nas páginas seguintes, do lado direito em baixo) é uma área do tamanho de um grão de areia no céu. Se olhássemos para lá com os nossos olhos, não víamos nada. É só escuro. Se apontarmos com o Webb durante 12 horas, é aquilo que temos.

Acaba por mostrar como os nossos olhos são limitados.

Os nossos olhos não são poderosos o suficiente. E temos de pensar ainda que toda a informação que estamos a obter é antiga, no sentido em que a luz demora a viajar até nós. A luz do sol demora alguns minutos a chegar aqui. Mesmo quando nos vemos a um espelho a um metro de nós, a luz reflete no espelho e bate nos nossos olhos e há um pequeno desfasamento. Quando observamos estas galáxias, a luz pode estar a viajar há milhares de milhões de anos.

Vemos o que já não existe em alguns casos.

Sim, galáxias que não existem como as vemos. Evoluíram, mudaram. É como estarmos a olhar, sei lá, para um velho jornal.

Um investimento de 10 mil milhões de dólares por um jornal antigo?

[Risos] Mas a informação é muito importante.

Uma das montagens que têm circulado muito compara a nebulosa Carina – descrita como um berço de estrelas na nossa galáxia que parece uma espécie de montanhas mágicas no céu – captada pelo telescópio Hubble e agora o que se vê com o James Webb. Conseguimos ver que são diferentes, mas o que veem olhos treinados?

Uma das grandes diferenças é que com o Webb podemos mesmo atravessar a poeira, não temos esse bloqueio à nossa visão. Vemos muito mais estrelas, até algumas com um disco à volta porque não estão completamente formadas. Para o Hubble, tudo isto estava coberto de poeira. Com o Webb, tanto com os equipamentos de infravermelho médio como infravermelho próximo, conseguimos mesmo penetrar na poeira e ver esta espécie de berço de estrelas que têm como que uma capa à volta porque há uma enorme energia. E atrás da nebulosa podemos ver galáxias. É tão sensível que vemos pequenas galáxias. De certa forma podemos pensar nos objetos astronómicos como cebolas. Têm diferentes camadas. Com o Hubble podíamos ver as camadas mais exteriores. Com o Webb temos uma maior profundidade, tiramos aquelas camadas de poeira que estão por cima para ver o que está lá atrás e ao fazer isso conseguimos ver este processo muito energético de formação das estrelas.

É um salto de quantos anos? Pensar nas primeiras máquinas fotográficas e na resolução que temos hoje nos nossos telemóveis?

É um salto enorme. Por exemplo nas observações de infravermelho podemos comparar o MIRI do James Webb com a missão Sptizer, da NASA [lançada em 2003] e que faz observações na mesma parte de luz. O tamanho das câmaras e os píxeis que temos hoje com este telescópio são um salto enorme em termos de detalhe.

Foram divulgadas as primeiras imagens do James Webb Webb no dia 12 de julho. Neste dia em que estamos a falar já foi anunciada a descoberta da galáxia mais antiga alguma vez observada (recorde que entretanto já terá sido batido seis dias depois com a deteção de galáxias ainda mais distantes no tempo). Vai haver anúncios destes todas as semanas?

Espero que sim [risos]. Algumas notícias poderão levar um pouco mais tempo. Esta galáxia que foi publicada ontem [anunciada na semana passada, a GLASS-z13 terá aparecido 300 milhões de anos depois do Big Bang, há mais de 13 mil milhões de anos] é a candidata mais antiga de galáxia que conhecemos. Não sei o que farão, mas para mim o mais natural a fazer é fazer observações de follow-up e usar o espectrógrafo para dispersar a luz, ver precisamente os limites da galáxia e as suas características. Mas é impressionante. A imagem onde foi detetada esta galáxia demorou apenas 12 horas de tempo de telescópio. Parece muito mas para este tipo de ciência não é nada. Por isso, quando um programa faz duas vezes mais ou três vezes mais em 12 horas, não consigo imaginar o que fará pela astronomia.

E agora os astrónomos e astrofísicos estão todos à guerra por tempo de telescópio? Como funciona?

O primeiro ano de observações já está lotado. Foi um processo que começou há mais de um ano e é competitivo. Ou seja, abre um concurso para serem submetidas propostas e cientistas de todo mundo podem apresentar os seus projetos. “Queremos observar esta galáxia, com este instrumento, para fazer esta ciência”. Há uma revisão anónima por pares, com diferentes painéis de especialistas.

E paga-se pelas horas de observação atribuídas?

Não. Consegue-se o tempo. Nos EUA as propostas podem ser financiadas. Na União Europeia não vem com financiamento mas os cientistas podem usar o tempo que conseguiram para concorrer a financiamento das agências.

Conseguem ter algumas horas para vocês?

Se concorrer sim [risos]. Não temos esses privilégios. Passa-se sempre por este processo.

Em maio tiveram o primeiro susto com uma colisão de micrometeoritos com o telescópio e tem havido alguma especulação sobre qual é a dimensão real dos danos. Já têm uma noção exata das consequências?

Sim, na realidade é um não problema. Os micrometeroritos são uma realidade no espaço e todas as missões são atingidas. Havia a expectativa de que isto pudesse acontecer, foi testado. A questão é que este era um bocadinho maior.

Maior mas pequeno.

Sim, quase nada, muito pequenino. Mas todos os parâmetros foram avaliados e a qualidade permanece ótima.

O pesadelo, imagino, seria serem mesmo abalroados por um asteroide.

Meu Deus, sim.

O que poderiam fazer numa situação dessas? Alterar a órbita?

Se houvesse um grande asteroide que estivesse prestes a colidir? Bom, não sei, mas se fosse previsível saber quando seria o impacto, penso que seria possível tentar alterar a rotação e a posição na órbita. O telescópio tem uns propulsores. Mas a probabilidade de isso acontecer com um grande asteroide é muito pequena porque o Webb é muito pequeno.

É mais provável um asteroide colidir com a Terra?

Correto. A Terra é muito maior.

É astrofísica e trabalha na equipa de calibrações. É um trabalho muito minucioso?

É um trabalho muito técnico, sim. Todos os telescópios medem em fotões, é a única coisa que medem. Com as câmaras e espectrómetros conseguimos dados e depois temos de converter essas medições em unidades físicas e isto tem de estar bem calibrado. É como quando se vai a uma loja e queremos pesar um quilo e queremos ter a certeza que a balança está mesmo a pesar um quilo. É o mesmo conceito. O que é que este fotão representa em unidades físicas como luminosidade, massa ou em alguns casos velocidade? No fundo é uma questão de interpretar as medições, convertê-las e remover efeitos eletrónicos e outras coisas que podem afetar o resultado.

Uma pequena alteração por vezes pode ter um grande impacto?

Sim e por isso é um processo continuo, continuamos a pensar nisso, a rever, para conseguirmos ter um sistema otimizado.

São quantos calibradores? Há uma portuguesa nesta equipa, a Catarina Alves de Oliveira.

Muitos. Cada instrumento tem 10 a 15 pessoas que trabalham em diferentes aspetos. Eu trabalho nas calibrações do MIRI, penso que não temos nenhum português. A Catarina trabalha noutro instrumento.

E são muitas mulheres?

Sim, somos muitas.

Já não é uma discussão na astronomia?

Acho que depende de país para país. Alguns países já têm muitas mulheres na astronomia e em posições importantes, outros não têm. Não sei se é cultural, uma questão cultural, mas a nossa equipa na ESA é praticamente 50/50.

O telescópio Hubble inspirou e deu material a gerações de cientistas ao longo de 30 anos. Consegue imaginar o que é daqui a 30 anos o James Webb terá revelado? Vida noutros planetas?

Bem... Isso é sempre um objetivo, encontrar um planeta com condições para ter vida. Não quero imaginar. Espero que seja algo tão diferente e tão inesperado que nem conseguimos pensar nisso.

Os cientistas nunca gostam de adivinhações porque faz parte da natureza da descoberta.

Mas é real, queremos encontrar algo novo. Mas certamente que irá descobrir as mais jovens galáxias no universo, vai mostrar-nos como é que as galáxias evoluem, qual é o ciclo de vida d e uma estrela. Vai permitir caracterizar planetas fora do sistema solar. Tudo isso faz parte das expectativas e irá certamente acontecer. Os equipamentos que temos a bordo vão-nos dar uma nova visão, isso é adquirido. Mas porque vamos ver as coisas de uma forma que nunca vimos, poderemos ver algo novo e inesperado.

Outro universo?

Qualquer coisa sobre a forma como as galáxias são formadas de que não suspeitamos. Ou a forma como as galáxias evoluem. Ou os buracos negros super maciços que existem no centro das galáxias, como existem no centro da nossa galáxia, e que não sabemos em detalhe como se formaram ou o que é que se formou primeiro, se foram os buracos negros ou a galáxia. Penso que o Webb vai finalmente iluminar muitas destas coisas.

Quanto mais vemos, mais incrível parece ser haver vida aqui, agora. Quais são os seus pensamentos quando vê imagens do universo profundo e tão antigo?

Acho que com o Webb a caracterização de outras atmosferas vai ser um grande sucesso na compreensão dos planetas. O Webb não é um caçador de planetas, mas vai permitir-nos olhar para os planetas que já detetámos e caracterizar com um grande detalhe as suas atmosferas. E quando o fazemos podemos encontrar marcas de coisas como água, dióxido de carbono, metano. Conseguimos inferir se um planeta tem condições favoráveis à existência de vida e esse é um dos objetivos.

Quando se esperam os primeiros resultados nessa frente?

Os dados estão a ser obtidos e estão a começar a ficar acessíveis à comunidade científica e muito trabalho a ser feito. Espero em breve ver a primeira publicação sobre exoplanetas, como já estamos a ver sobre galáxias. São tempos excitantes, vamos ver.

Quando olhamos por exemplo aquela imagem de espaço profundo de que falava há pouco (em cima, à direita), um daqueles mundos pode ser ou ter sido habitado?

Cada um daqueles pontos é uma galáxia, com milhões de estrelas e muitos, muitos planetas. Portanto estatisticamente falando, suponho que sim. Não conseguiremos estudar planetas em galáxias tão distantes, só planetas mais próximos.

Como é que uma astrofísica lida com essa imensidão, sabendo que a humanidade existe há 200 mil anos e estamos a olhar para uma fotografia em que algumas galáxias têm 13 mil milhões de anos?

É uma lição de humildade. As dimensões são imensas, a escala do tempo é imensa, mas habituamo-nos, está tudo bem [risos]. Mas sim, põe tudo em perspetiva, onde estamos no universo com milhões e milhões de galáxias à nossa volta.

Tem uma imagem preferida?

A minha preferida até agora é de um grupo de galáxias chamado Quinteto de Stephan (em cima, à esquerda), que análisámos com o MIRI. Tem várias cores e várias estruturas. É deslumbrante.

Se pudesse escolher, para onde apontava o telescópio?

O centro da nossa galáxia. Também apontava para galáxias próximas de nós como Centaurus, por exemplo, e para outras muito distantes. Portanto um bocadinho de tudo. A nossa galáxia, galáxias perto e galáxias muito longe.

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