Telescópio com a maior câmera digital do mundo deve mudar toda a astronomia

No topo de uma montanha no norte do Chile, a maior câmera digital do mundo está se preparando para ser ligada.

Sua missão é simples, porém ambiciosa — fotografar todo o céu noturno em detalhes extremos e desvendar alguns dos segredos mais profundos do universo.

Abrigada dentro do Observatório Vera C. Rubin — um novo telescópio que está próximo de ser concluído em Cerro Pachón, uma montanha de 2.682 metros de altura a cerca de 482 quilômetros ao norte da capital chilena Santiago — a câmera tem uma resolução de 3.200 megapixels, aproximadamente o mesmo número de pixels que 300 telefones celulares. Cada imagem cobrirá uma área do céu tão grande quanto 40 luas cheias.

A cada três noites, o telescópio fará imagens de todo o céu visível, produzindo milhares de fotos que permitirão aos astrônomos ver qualquer coisa que se mova ou mude de brilho. A expectativa é que, dessa forma, Vera Rubin descubra cerca de 17 bilhões de estrelas e 20 bilhões de galáxias que nunca vimos antes. E isso é apenas o começo.

“Há muito que o Rubin fará”, diz Clare Higgs, especialista em divulgação astronômica do observatório. “Estamos explorando o céu de uma maneira que nunca fizemos antes, dando-nos a capacidade de responder perguntas que nem pensamos em fazer.”

O telescópio fará um levantamento do céu noturno por exatamente uma década, tirando 1.000 fotos a cada noite. “Em 10 anos, estaremos falando sobre novos campos da ciência, novas classes de objetos, novos tipos de descobertas que nem consigo lhe contar agora, porque não sei quais são ainda. E acho que isso é realmente empolgante”, acrescenta Higgs.

Preparando para ser ligado

Em construção desde 2015, o telescópio é nomeado em homenagem à pioneira astrônoma americana Vera Rubin, que morreu em 2016 e, entre outras realizações, confirmou pela primeira vez a existência da matéria escura — a substância evasiva que constitui a maior parte da matéria no universo, mas nunca foi observada.

O projeto foi iniciado no início dos anos 2000 por doações privadas, incluindo de bilionários Charles Simonyi e Bill Gates. Posteriormente, foi financiado conjuntamente pelo Escritório de Ciência do Departamento de Energia e pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA, que também o administra junto com o Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC, um centro de pesquisa operado pela Universidade de Stanford, na Califórnia.

Embora Rubin seja um observatório nacional dos EUA, ele está nos Andes chilenos, um local que compartilha com vários outros telescópios por várias razões. “Para telescópios ópticos, você precisa de um local que seja alto, escuro e seco”, diz Higgs, referindo-se aos problemas de poluição luminosa e umidade do ar, que reduzem a sensibilidade dos instrumentos.

“Você quer uma atmosfera muito estável e bem compreendida, e a qualidade do céu noturno no Chile é excepcional, por isso há tantos telescópios aqui”, acrescenta ela. “É remoto, mas também não é tão remoto que tirar os dados da montanha seja um problema — há uma infraestrutura que o Rubin pode aproveitar.”

Atualmente nas últimas etapas de construção, o telescópio deve ser ligado em 2025. “Estamos atualmente trabalhando na montagem de todas as peças, mas todas elas estão lá no topo da montanha — esse é um grande marco que alcançamos no verão”, diz Higgs.

“Esperamos que as coisas aconteçam na primavera do próximo ano — juntando tudo, alinhando tudo, garantindo que todos os sistemas, do cume até nossos pipelines e os dados, estejam como devem e estejam otimizados da melhor maneira possível. Há literalmente décadas de trabalho preparatório nisso, mas você nunca sabe até ligar tudo.”

Após alguns meses de testes, no final de 2025, o observatório realizará suas primeiras observações, embora Higgs avise que há “fluidez” nesse cronograma.

“10 milhões de alertas por noite”

A missão principal de Rubin é chamada LSST — para Levantamento de Legado de Espaço e Tempo. “Este é um levantamento de 10 anos em que olhamos para o céu do sul todas as noites e repetimos isso a cada três noites. Então, basicamente, criamos um filme do céu do sul por uma década”, diz Higgs.

A câmera pode tirar uma foto a cada 30 segundos, o que gerará 20 terabytes de dados a cada 24 horas, tanto quanto a média de uma pessoa assistindo Netflix por três anos ou ouvindo Spotify por 50 anos. Após a conclusão, o levantamento terá produzido mais de 60 milhões de gigabytes de dados brutos.

No entanto, levará apenas 60 segundos para transferir cada imagem do Chile para a Califórnia, onde IA e algoritmos a analisarão primeiro, procurando por quaisquer alterações ou objetos em movimento e gerando um alerta se algo for encontrado.

“Estamos prevendo cerca de 10 milhões de alertas por noite vindos do telescópio”, diz Higgs. “Os alertas são qualquer coisa que mude no céu e abrangem uma ampla gama de casos científicos, como objetos do sistema solar, asteroides e supernovas. Estamos prevendo milhões de estrelas do sistema solar e bilhões de galáxias, por isso o aprendizado de máquina é essencial.”

Os dados serão divulgados a um grupo seleto de astrônomos a cada ano e, depois de mais dois anos, cada conjunto de dados será disponibilizado publicamente para que a comunidade científica global trabalhe, diz Higgs.

Há quatro áreas principais de pesquisa que se espera que os dados cubram:

• criar um inventário do sistema solar — que inclui descobrir vários novos corpos celestes e talvez o planeta oculto conhecido como Planeta Nove;
• mapear toda a nossa galáxia; explorar uma categoria especial de objetos chamados “transientes”, que mudam de posição ou brilho ao longo do tempo;
• e compreender a natureza da matéria escura.

“Existem provavelmente 10 campos diferentes da ciência nos quais posso lhe dizer que o Rubin vai fazer muito bem”, diz Higgs. “Acho que teremos mais supernovas Tipo I em alguns meses do que já foram observadas, por exemplo. Objetos interestelares, temos dois candidatos agora, mas o Rubin vai levar isso de dois para, espero, mais de alguns.

“Há tantos campos em que vamos passar de alguns a uma amostra estatisticamente grande de algo, e o impacto científico do que isso pode fazer é enorme.”

“Revoluções estão a caminho”

A comunidade astronômica está muito entusiasmada com o Observatório Vera Rubin, diz David Kaiser, professor de física e professor Germeshausen de história da ciência no Massachusetts Institute of Technology. De acordo com Kaiser, o telescópio deve ajudar a esclarecer questões de longa data sobre matéria escura e energia escura — duas das características mais teimosas e misteriosas de nosso universo.

“O Observatório Vera Rubin permitirá que os astrônomos mapeiem a distribuição da matéria escura como nunca antes, com base em como a matéria escura curva o caminho da luz estelar comum — um processo conhecido como ‘lente gravitacional'”, explica Kaiser.

“A matéria escura parece ser onipresente em todo o universo, mas como exatamente ela tem se agrupado ou agrupado ao longo do tempo continua difícil de quantificar para grandes faixas do céu noturno”, diz ele, acrescentando que, ao coletar mais dados sobre a distribuição de matéria escura, o Observatório Vera Rubin poderia ajudar os astrofísicos a discernir suas propriedades.

Outro enigma cósmico de longa data que Rubin poderia resolver é a busca pelo Planeta Nove.

Konstantin Batygin, professor de ciência planetária no Instituto de Tecnologia da Califórnia, que escreveu vários artigos acadêmicos sobre o assunto, diz que o telescópio não apenas “fornece uma chance real de detectar diretamente o Planeta Nove, mas mesmo que o planeta escape da observação direta, o detalhado mapeamento da arquitetura dinâmica do sistema solar externo — particularmente a distribuição orbital de pequenos corpos – oferecerá testes críticos da hipótese do Planeta Nove”.

Em suma, acrescenta ele, o Observatório Vera Rubin está pronto para revolucionar nossa compreensão do sistema solar externo e está preparado para ser um “mudança de jogo”.

Há poucos astrônomos que não estão entusiasmados com o Rubin, diz Kate Pattle, professora do Departamento de Física e Astronomia da University College London. Isso porque ele mapeará o espaço em escalas de tamanho que vão do mais local — rastreando asteroides próximos à Terra em nosso próprio Sistema Solar — até o maior, mapeando a distribuição de matéria escura em todo o universo.

“Rubin voltará às mesmas partes do céu repetidamente, o que significa que abrirá novos caminhos no estudo de transientes astronômicos — identificará estrelas variáveis, rastreará remanescentes de supernovas à medida que decaem e observará explosões de raios gama de muito alta energia e a variabilidade de quasares, que são galáxias muito distantes e muito ativas. Ao fazer isso, fornecerá uma visão sem precedentes de como nosso universo e as estrelas e galáxias dentro dele evoluem.”

De acordo com Priyamvada Natarajan, professora de astronomia e física na Universidade Yale, o Observatório Rubin está prestes a quebrar recordes em muitas frentes e toda a comunidade astronômica está esperando pelo primeiro voo.

O levantamento fornecerá dados para uma miríade de projetos científicos que abordarão muitas questões fundamentais de uma só vez — desde o próximo ao universo distante, incluindo não apenas um tesouro de galáxias, aglomerados, quasares, supernovas, explosões de raios gama e outros transientes.

“Também vai aguçar nossa visão do sistema solar com um inventário ainda inédito de asteroides próximos à Terra, objetos do cinturão de Kuiper (uma área de objetos gelados além da órbita de Netuno) — em suma, há algo para todos”, diz ela.

Ela acrescenta que a descoberta mais emocionante seria se o telescópio revelasse a verdadeira natureza da matéria escura – uma descoberta que certamente encantaria Vera Rubin.

“Afinal, foi seu trabalho seminal na detecção de matéria escura em galáxias espirais na década de 1970 que deu início a essa busca”, diz Natarajan. “As perspectivas são tentadoras — e revoluções estão a caminho com certeza.”

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