Com o recente lançamento do Satélite de pesquisa em trânsito do Exoplanet (TESS) - que ocorreu na quarta-feira, 18 de abril de 2018 - muita atenção foi focada nos telescópios espaciais da próxima geração que serão levados ao espaço nos próximos anos. Estes incluem não apenas osTelescópio Espacial James Webb, que está atualmente programado para ser lançado em 2020, mas algumas outras naves espaciais avançadas que serão implantadas na década de 2030.
Esse foi o assunto da recente Pesquisa Decadal para Astrofísica de 2020, que incluiu quatro conceitos de missão emblemática que estão sendo estudados atualmente. Quando essas missões forem levadas ao espaço, elas começarão onde missões como Hubble, Kepler, Spitzer e Chandra parou, mas terá maior sensibilidade e capacidade. Como tal, espera-se que eles revelem muito mais sobre o nosso Universo e os segredos que ele guarda.
Como esperado, os conceitos de missão submetidos à Pesquisa Decadal de 2020 abrangem uma ampla gama de objetivos científicos - desde observar buracos negros distantes e o início do Universo até investigar exoplanetas em torno de estrelas próximas e estudar os corpos do Sistema Solar. Essas idéias foram minuciosamente examinadas pela comunidade científica e quatro foram selecionadas como dignas de serem perseguidas.
Como Susan Neff, cientista chefe do Programa de Origens Cósmicas da NASA, explicou em um recente comunicado de imprensa da NASA:
“Esta é a hora do jogo para a astrofísica. Queremos criar todos esses conceitos, mas não temos orçamento para fazer os quatro ao mesmo tempo. O objetivo desses estudos decadais é fornecer aos membros da comunidade astrofísica as melhores informações possíveis, à medida que decidem qual ciência fazer primeiro. ”
Os quatro conceitos selecionados incluem o Surveyor ultravioleta / óptico / infravermelho grande (LUVOIR), um gigantesco observatório espacial desenvolvido na tradição da telescópio espacial Hubble. Como um dos dois conceitos sendo investigados pelo Centro de Vôo Espacial Goddard da NASA, esse conceito de missão exige um telescópio espacial com um espelho primário segmentado maciço que mede cerca de 15 metros de diâmetro.
Em comparação, o JWST‘s (atualmente o telescópio espacial mais avançado), o espelho primário mede 6,5 m de diâmetro. Assim como o JWST, o espelho do LUVOIR seria composto de segmentos ajustáveis que se desdobrariam assim que fossem implantados no espaço. Atuadores e motores ajustariam e alinhariam ativamente esses segmentos para obter o foco perfeito e capturar a luz de objetos fracos e distantes.
Com essas ferramentas avançadas, o LUVOIR seria capaz de imaginar diretamente planetas do tamanho da Terra e avaliar suas atmosferas. Como o cientista do estudo Aki Roberge explicou:
“Essa missão é ambiciosa, mas descobrir se há vida fora do sistema solar é o prêmio. Todos os polos altos da tecnologia são conduzidos por esse objetivo ... A estabilidade física, além do controle ativo no espelho primário e um coronagraph interno (um dispositivo para bloquear a luz das estrelas) resultará em precisão no picômetro. É tudo sobre controle. "
Há também o Telescópio Espacial Origens (OST), outro conceito adotado pelo Goddard Space Flight Center. Muito parecido com o Telescópio Espacial Spitzer e a Observatório Espacial Herschel, esse observatório de infravermelho distante ofereceria 10.000 vezes mais sensibilidade do que qualquer telescópio infravermelho anterior. Seus objetivos incluem observar os confins mais distantes do universo, traçar o caminho da água através da formação de estrelas e planetas e procurar sinais de vida nas atmosferas de exoplanetas.
Seu espelho primário, que mede cerca de 9 m (30 pés) de diâmetro, seria o primeiro telescópio resfriado ativamente, mantendo o espelho a uma temperatura de cerca de 4 K (-269 ° C; -452 ° F) e seus detectores a uma temperatura de 0,05 K. Para conseguir isso, a equipe OST dependerá de camadas voadoras de protetores solares, quatro crio-refrigeradores e um refrigerador de desmagnetização adiabática contínua em vários estágios (CADR).
De acordo com Dave Leisawitz, cientista de Goddard e cientista de estudos da OST, a OST depende especialmente de grandes matrizes de detectores supercondutores que medem milhões de pixels. "Quando as pessoas perguntam sobre as lacunas tecnológicas no desenvolvimento do Telescópio Espacial Origins, digo que os três principais desafios são detectores, detectores, detectores", disse ele. "É tudo sobre os detectores."
Especificamente, o OST contaria com dois tipos emergentes de detectores: sensores de borda de transição (TESs) ou detectores de indutância cinética (KIDs). Embora ainda relativamente novos, os detectores TES estão amadurecendo rapidamente e atualmente estão sendo usados no instrumento HAWC + a bordo do Observatório Estratosférico da NASA para Astronomia Infravermelha (SOFIA).
Então tem o Imager Habitável para Exoplanetas (HabEx), que está sendo desenvolvido pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA. Como o LUVOIR, esse telescópio também imaginaria diretamente os sistemas planetários para analisar a composição das atmosferas dos planetas com um grande espelho segmentado. Além disso, estudaria as épocas mais antigas da história do Universo e o ciclo de vida das estrelas mais massivas, lançando luz sobre como os elementos necessários à vida são formados.
Também como LUVOIR, o HabEx seria capaz de realizar estudos nos comprimentos de onda ultravioleta, óptico e infravermelho próximo, além de bloquear o brilho de uma estrela-mãe para que pudesse ver a luz sendo refletida em qualquer planeta que orbitasse. Como explicou Neil Zimmerman, especialista da NASA no campo da coronagraphy:
“Para visualizar diretamente um planeta orbitando uma estrela próxima, precisamos superar uma tremenda barreira na faixa dinâmica: o brilho avassalador da estrela contra o reflexo escuro da luz das estrelas do planeta, com apenas um pequeno ângulo separando as duas. Não existe uma solução pronta para esse problema porque é tão diferente de qualquer outro desafio na astronomia observacional. ”
Para enfrentar esse desafio, a equipe do HabEx está considerando duas abordagens, que incluem máscaras de estrelas externas em forma de pétala que bloqueiam a luz e os parágrafos coronais internos que impedem a luz das estrelas de alcançar os detectores. Outra possibilidade que está sendo investigada é a aplicação de nanotubos de carbono nas máscaras coronarianas para modificar os padrões de qualquer luz difratada que ainda passa.
Por último, mas não menos importante, é o Surveyor de raios X conhecido como Lince sendo desenvolvido pelo Marshall Space Flight Center. Dos quatro telescópios espaciais, Lynx é o único conceito que examinará o Universo em raios-X. Usando um espectrômetro de imagem por microcalorímetro de raios-X, este telescópio espacial detectará raios-X provenientes de buracos negros supermassivos (SMBHs) no centro das primeiras galáxias do universo.
Essa técnica consiste em fotos de raios-X atingindo os distúrbios de um detector e convertendo sua energia em calor, medida por um termômetro. Dessa maneira, o Lynx ajudará os astrônomos a descobrir como as primeiras SMBHs se formaram. Como Rob Petre, um membro do Lynx em Goddard, descreveu a missão:
“Observou-se que os buracos negros supermassivos existem muito mais cedo no universo do que nossas teorias atuais prevêem. Não entendemos como esses objetos maciços se formaram tão logo após o momento em que as primeiras estrelas poderiam ter se formado. Precisamos de um telescópio de raios X para ver os primeiros buracos negros supermassivos, a fim de fornecer informações para teorias sobre como elas podem ter se formado. ”
Independentemente de qual missão a NASA finalmente selecione, a agência e os centros individuais começaram a investir em ferramentas avançadas para buscar tais conceitos no futuro. As quatro equipes enviaram seus relatórios intermediários em março. No próximo ano, eles devem terminar os relatórios finais para o Conselho Nacional de Pesquisa (NRC), que será usado para informar suas recomendações à NASA nos próximos anos.
Como Thai Pham, gerente de desenvolvimento de tecnologia do Escritório do Programa de Astrofísica da NASA, indicou:
"Não estou dizendo que será fácil. Não será. São missões ambiciosas, com desafios técnicos significativos, muitos dos quais se sobrepõem e se aplicam a todos. A boa notícia é que as bases estão sendo lançadas agora. ”
Com o TESS agora implantado e o JWST programado para ser lançado em 2020, as lições aprendidas nos próximos anos certamente serão incorporadas a essas missões. No momento, não está claro qual dos seguintes conceitos estará no espaço até a década de 2030. No entanto, entre seus instrumentos avançados e as lições aprendidas em missões passadas, podemos esperar que eles façam algumas descobertas profundas sobre o Universo.
