Deslumbramento (II)

Quando na passada 5ª feira escrevi sobre o Telescópio Espacial James Webb (fiquemo-nos por Webb) e as primeiras imagens que recebemos, houve muita coisa que ficou de fora. Tentemos abordar alguns aspectos agora. Mais uma vez: erros neste post são meus e agradeço toda e qualquer correcção.

Um dos aspectos que foi referido nos comentários e que não adicionei sobre o Webb foi sobre como o telescópio vê. Isto pode parecer óbvio (vê vendo), mas não o é. Porque o Webb foi concebido para observar objectos distantes de nós, ver os objectos no espectro de luz visível não ajuda, por isso os instrumentos do Webb foram escolhidos para detectar luz nos comprimentos de onda do infravermelho, que é uma região do espectro de luz que nós, seres humanos, não conseguimos ver. Seres vivos que vêem uma parte deste espectro são mosquitos, algumas espécies de morcegos ou serpentes. Nós conseguimos observar o infravermelho usando câmaras adequadas que detectam as diferenças de calor emitidas por objectos, mas são sensíveis apenas à radiação que é libertada pelos objectos quentes, não a todo o espectro de infravermelho.

Para se compreender esta diferença, imaginemos a audição. Nós ouvimos numa determinada gama de frequências, mas todos sabemos que animais ouvem noutra. Há apitos que emitem sons inaudíveis para nós mas que os cães ou gatos conseguem ouvir. O mesmo se passa com a luz. Infravermelho, ultravioleta, raios X, etc, são partes do espectro electromagnético, ou da luz (Nota: já li artigos referindo-se ao termo “luz” como se referindo apenas à luz visível, aquela que conseguimos ver; enquanto que outros usam o termo “luz” para se referir a todo o espectro electromagnético, dado que é apenas radiação, eu usarei “luz” neste segundo sentido e peço tolerância a quem não concordar com a minha escolha e cuja perspectiva eu compreendo).

O que o Webb faz é usar câmaras e sensores específicos para detectarem diferentes regiões do infravermelho [nota: corrigido, obrigado ao comentador balio] para obterem informação que, de outra forma, se perderia. Uma das razões para ter enviado o Webb para onde está deve-se à necessidade de bloquear tanta luz quanto possível vinda do Sol e da Terra, sendo ainda necssário manter todos os instrumentos a temperaturas extremamente baixas para evitar que o próprio Webb liberte radiação infravermelha (ao libertar calor) que interfira com os instrumentos. Isto é semelhante a ter um telescópio terrestre longe das cidades e em zonas de alta elevação para não ter poluição de luz.

A razão para a escolha destas frequências deve-se, como referi acima, ao desejo de observar objectos distantes. Isto porque o nosso Universo está em expansão graças à Energia Escura. Não me alongarei neste aspecto mas fiquemo-nos pelo facto de existir uma força de repulsão no Universo que está a causar um afastamento das galáxias e que é tão mais pronunciado quanto mais longe essas galáxias estão. É também um afastamento que está a aumentar de velocidade e que nos levará a perder de vista (literalmente) algumas galáxias quando a velocidade de afastamento for superior à velocidade da luz (sim, a velocidade da luz é a velocidade limite no Universo e nada pode viajar mais depressa. Como podem as galáxias afastarem-se então mais depressa? É complicado mas por agora digamos apenas que a luz viaja no espaço-tempo e as galáxias afastam-se por espaço-tempo ser adicionado entre elas, pelo que a velocidade limite não se aplica. O conceito é complicado e não me alongarei). Ora, quando as galáxias se afastam, isso faz com que exista um efeito de desvio para o vermelho (“red shift” em inglês, obrigado pela nota caro comentador passante), que é semelhante ao efeito do som quando um carro passa por nós (o efeito Doppler) que faz com que o som que ouvimos quando o carro se aproxima seja diferente daquele que ouvimos quando o carro se afasta (apesar de o som ser o mesmo). Isso acontece porque as ondas sonoras se comprimem contra o nosso ouvido quando o carro se aproxima e se “esticam” quando o carro se afasta. Quando isso acontece com a luz, o comprimento de onda aumenta e a luz visível passa a infravermelha.

Assim sendo, aquilo que o Webb vê não é o mesmo que nós (ou o Hubble) veríamos. O Webb “vê” em infravermelho (e alguns comprimentos de onda de luz visível, especificamente na região de vermelho e laranja) e para termos as imagens como as vemos hoje é necessário recorrer ao que se chama de “cor falsa”. Isto acontece para podermos ver a imagem e identificarmos detalhes que de outra forma não veríamos facilmente, mas também para aumentar o prazer estético da imagem. Manipulação de imagens é normal na história humana, seja por razões estéticas, científicas ou outras, e é pena que quando isso é feito com fotografias espaciais haja quem se queixe tanto. Talvez o termo “cor falsa” seja mau para a percepção, mas os cientistas são demasiado honestos e pouco hábeis na comunicação para utilizarem termos mais atractivos. Seja como for, é muitas vezes possível identificar a cor real através da análise dos comprimentos de onda e das diferenças entre os sinais obtidos em pontos diferentes na imagem. Mesmo dentro do infravermelho, e contabilizando o efeito de desvio para vermelho que seria de esperar para um objecto a determinada distância, é possível estimar a cor que veríamos se tal desvio para vermelho não ocorresse e observássemos a imagem em luz visível. Noutros caso, mesmo sem o desvio para vermelho, alguns dos detalhes só são visíveis na região de infravermelho e não as veríamos de nenhuma outra maneira. Para comparação do efeito de fotografias tiradas em comprimentos de onda distintos e dos detalhes que permitem ver, aconselho dar uma espreitadela a esta página.

Outras razões para observar o Universo em infravermelho prendem-se com dois outros tipos de observações: a) nascimento de planetas e estrelas em nuvens de poeira e gases e; b) observação e análise da composição de atmosferas de exoplanetas (planetas fora do nosso Sistema Solar). No caso a), o comprimento de onda de infravermelho é perfeito porque permite obter muito detalhe sem que a luz seja bloqueada pelos gases e poeira. Como o infravermelho passa pelas nuvens de poeira (um pequeno exemplo não reacionado com ciência neste clip), isso permite observar objectos que estejam nessas nuvens de poeira, ou atrás das mesmas, e que estariam escondidos do Hubble. No caso b), o interesse está em ver o que é que as atmosferas de exoplanetas podem conter. Como gostaríamos de saber se haverá vida noutros planetas ou se um determinado planeta poderia hipoteticamente conter vida, temos que saber como é a atmosfera. Com outros métodos podemos estimar tamanhos e massas dos planetas, bem como a sua pressão atmosférica, mas para saber a sua composição a melhor forma é esperar que o planeta passe em frente da sua estrela e analisar a luz que passa pela atmosfera. Como diferentes moléculas absorvem radiação em comprimentos de onda distintos, é possível analisar a luz que não atravessou a atmosfera e distinguir moléculas na mesma. Com base na intensidade do sinal é também possível ter uma ideia da sua concentração. Se se encontrar oxigénio molecular, metano ou dióxido de carbono (em concentrações consideráveis), bem como água, todas essas moléculas poderiam dar uma boa indicação da existência de vida, pelo menos como nós a conhecemos. Também por isso é importante medir o espectro infravermelho.

Tudo isto é ciência, que é o que me fascina mais. Mas gosto de olhar para as imagens e apreciá-las pelo que são (beleza única) e pelo que mostram. Quando comparamos as imagens tiradas pelo Webb com as imagens tiradas pelo Hubble, vemos a diferença na resolução (normal para um telescópio mais moderno e com um espelho consideravelmente maior)  mas também no detalhe extra que permite observar graças à observação na região do infravermelho. As imagens abaixo ajudam a entender.

Deep Field

A imagem à esquerda é a do Hubble. À direita, a do Webb. Há várias galáxias (sim, muitos daqueles pontos são galáxias, não estrelas individuais) visíveis que não o são na fotografia do Hubble. Há ainda uma galáxia “repetida” na fotografia do Webb, acima e abaixo do centro. Isso acontece porque se encontrava quase exactamente por detrás do centro da imagem e a luz dela sofreu o que se chama de “gravitational lensing” (ou seja, o espaço que a luz atravessa é deformado pela gravidade dos objectos que se encontram no caminho, fazendo com que a luz não seja bloqueada mas passe “ao lado” desse objecto). Por causa desse efeito, a luz da galáxia passou por cima e por baixo (do nosso ponto de vista) na imagem para aparecer duas vezes na fotografia. Já agora, tecnicamente esta é a imagem do aglomerado de galáxias SMACS J0723.3–7327, mas mantive “deep field” por conveniência (e porque sou eu a escrever).

Stephan’s Quintet

À esquerda a imagem do Hubble e à direita a do Webb. Note-se que a imagem do Webb é um compósito da imagem das duas câmaras, uma de “near infrared” (NIRCam) e a outra de “mid infrared” (MIRI) (deixo a procura de termos portugueses para quem o queira). Esta imagem do Webb não só tem imensos detalhes que a do Hubble (e que era já espantosa) não oferece, mas permite ver (na imagem MIRI) o buraco negro que está no centro da galáxia de cima na imagem. Tecnicamente não “vemos” o buraco negro, antes o disco de gás superaquecido em torno dele, mas é quase o mais próximo que se pode ver, especialmente a estas distâncias.

Carina Nebula

Hubble em cima, Webb em baixo. Aqui vemos claramente a vantagem de observar estes objectos em infravermelho. As nebulosas são normalmente vistos como “berçários de estrelas”, são aglomerados de gases e poeiras que se vão concentrando por efeito da gravidade para depois darem origem a estrelas (e/ou planetas). Por serem nuvens, normalmente não é possível ver bem através delas mas, como indiquei acima, na região de infravermelho é possível fazê-lo e as imagens acima demonstram-no claramente, com todas as estrelas e/ou galáxias que se podem ver através da nuvem. Uma vantagem extra do Webb é a enorme resolução da imagem, que se pode ver nos contornos da nebulosa.

Southern Ring Nebula

À esquerda Hubble, à direita Webb. A minha preferida. Poderia dizer muito sobre ela, mas a minha fascinação está na descoberta com a imagem do Webb que a estrela que se vê no centro na imagem do Hubble é na realidade um sistema binário. Isto não era visível na imagem do Hubble porque a luz de ambas as estrelas era apanhada de forma combinada. Com o Webb foi possível resolver a imagem e ver mais. Confesso que irei colocar esta imagem na parede de minha casa assim que possa.

Há muito mais que se pode dizer. Ainda falarei mais à frente sobre as descobertas usando o espectrómetro infravermelho do Webb e da importância que isso pode ter para a descoberta de planetas habitados ou habitáveis. Mas por hoje fico-me por aqui.