Um telescópio espacial totalmente novo em breve revelará uma visão oculta do cosmos, potencialmente transformando nossa compreensão dos buracos negros, supernovas e até mesmo da própria natureza do universo.
Não, esse não.
Muita atenção está sendo dedicada este mês ao Telescópio Espacial James Webb, da NASA e da Agência Espacial Europeia, que deve ser lançado em 22 de dezembro. Mas um grupo mais exclusivo de astrônomos assistiu com entusiasmo na quinta-feira durante a viagem ao espaço de um observatório menor, mas também transformador.
A NASA lançou o Imaging X-ray Polarimetry Explorer, ou missão IXPE, em um foguete SpaceX Falcon 9 do Kennedy Space Center, na Flórida, às 1h da manhã, horário do leste. A espaçonave custou apenas $ 188 milhões, em comparação com o orçamento gigantesco de James Webb de $ 9,7 bilhões, e deve demonstrar uma nova forma de astronomia. Ele irá, pela primeira vez, realizar imagens de polarimetria de raios-X em órbita, uma técnica que pode oferecer aos astrônomos percepções que nenhum outro telescópio pode igualar.
“Está nos dando informações sobre alguns dos objetos mais bizarros e emocionantes do espaço”, disse Thomas Zurbuchen, administrador associado do diretório de missões científicas da NASA.
IXPE (pronunciado pela equipe da missão como “ix-pee”) foi colocado em uma órbita 340 milhas acima da Terra após seu lançamento. O telescópio passará várias semanas implantando seus instrumentos científicos e testando seu equipamento, e então começará sua missão de dois anos.
Os raios X são uma forma útil de observar o universo. Emitidos por objetos extremamente energéticos, eles permitem aos astrônomos sondar eventos – jatos superaquecidos perto de buracos negros ou explosões de estrelas, por exemplo – de uma forma que outros comprimentos de onda, como a luz visível, não podem. Mas os raios X podem ser estudados apenas do espaço porque são absorvidos principalmente pela atmosfera da Terra.
Uma variedade de telescópios e instrumentos espaciais dedicados a raios X foram lançados para orbitar, mais notavelmente o Chandra X-ray da NASA e os observatórios XMM-Newton da ESA, ambos lançados em 1999. Com espaçonaves como essas, os cientistas revelaram os locais de nascimento de estrelas dentro do gás nebulosas e mapearam a propagação da matéria escura em aglomerados de galáxias, entre outros trabalhos pioneiros.
O uso de polarimetria de raios-X de imagem diferencia o IXPE de seus predecessores. Se você já usou um par de óculos de sol polarizados, deve saber que eles usam fendas finas para bloquear a luz horizontal, mas que virá-los de lado bloqueia a luz vertical. O mesmo princípio é empregado na polarimetria de raios-X. A técnica permitirá aos astrônomos observar a direção do movimento ondulatório das partículas de raios-X conforme elas chegam, revelando a orientação dos campos elétricos e magnéticos que chegam. Armados com esses dados, os astrônomos podem obter mais informações dos raios-X emitidos por fenômenos astrofísicos.
Em vez de simplesmente observar os raios X com um único instrumento, a espaçonave é na verdade três telescópios separados, cada um compreendendo 24 espelhos concêntricos, no final de uma lança de 13 pés de comprimento, que se estenderá durante a primeira semana do telescópio no espaço.
Quando os raios X chegarem, eles serão focado por cada telescópio em três detectores no final da barreira. Cada um dos detectores contém uma camada de 10 milímetros de hélio e um gás chamado éter dimetílico, ou DME. Isso revelará a polarização dos raios X, que farão rastros no gás conforme eles atingem.
“Esses detectores fornecerão uma imagem da polarização”, disse Elisabetta Cavazzuti, gerente de programa da Agência Espacial Italiana, que projetou os detectores.
Houve várias tentativas de conduzir a polarimetria de raios-X no espaço antes, disse Martin Weisskopf, o principal investigador da missão no Marshall Space Flight Center da NASA. Em 1971, o Dr. Weisskopf estava envolvido em uma missão experimental bem-sucedida que realizou breves observações de polarização de raios-X da nebulosa do Caranguejo em nossa galáxia usando um foguete de sondagem, que sobe e desce, mas não entra em órbita. Uma tentativa posterior de lançar um polarímetro mais avançado na espaçonave Soviética Spectrum-X na década de 1990 foi interrompida pelo colapso da União Soviética, de acordo com o Dr. Weisskopf.
“Esperamos muito tempo para ter uma missão de polarimetria”, disse ele.
A paciência dele e de outros pesquisadores valeu a pena em 2017, quando a NASA selecionado IXPE como parte de seu programa de Pequenos Exploradores.
Nos dois anos após seu lançamento, a espaçonave IXPE observará mais de 100 alvos cósmicos, incluindo buracos negros, supernovas e estrelas exóticas.
Um dos objetivos do telescópio é observar a rotação de buracos negros relativamente pequenos, cerca de 10 vezes a massa do nosso sol. A polarimetria de raios-X será capaz de sondar os efeitos relativísticos que ocorrem muito perto desses buracos negros, onde o ângulo de polarização dos fótons de raios-X que escaparam deverá ser alterado à medida que viajam através do espaço-tempo fortemente deformado causado pelo rotação do buraco negro.
“Pela primeira vez, podemos tentar medir essas distorções”, disse Adam Ingram, professor de astrofísica na Universidade de Newcastle, na Inglaterra.
O IXPE também investigará estrelas de nêutrons, os núcleos remanescentes deixados para trás após o colapso de estrelas gigantes. Os cientistas estão particularmente interessados em pulsares, que são estrelas de nêutrons em rotação rápida, e magnetares, que são altamente magnetizados.
Ao se concentrar nos magnetares, os pesquisadores esperam ver o quão rígidas são as leis da física. IXPE será capaz de investigar um efeito próximo a essas estrelas chamadas eletrodinâmica quântica, ou QED, onde os campos magnéticos extremamente fortes devem causar um alto nível de polarização nas partículas de raios-X emitidas.
“O QED é a base do nosso conhecimento da física”, disse Ilaria Caiazzo, pesquisadora do California Institute of Technology. “Se descobrirmos que não está certo, isso realmente revolucionaria tudo. Espero que possamos confirmar este efeito. ”
Em outro lugar, o IXPE poderia nos contar mais sobre os momentos após a explosão de uma estrela, uma supernova. Os dados da espaçonave revelarão como o material ejetado de uma supernova interage com o meio interestelar circundante à medida que o atinge em velocidades extremas, criando uma frente de choque. Os elétrons podem então passar para frente e para trás pela frente de choque, um processo conhecido como aceleração de choque difusivo.
“É um processo muito importante na astronomia, mas não entendemos totalmente os detalhes”, disse o Dr. Ingram. “Acredita-se que esteja por trás do motivo pelo qual os remanescentes de supernovas são brilhantes.”
A missão principal do IXPE está prevista para durar dois anos. Mas se a NASA estender a missão, a espaçonave pode durar quase duas décadas, disse Weisskopf. Com mais tempo, os astrônomos poderiam estudar outros alvos, como o Sagitário A *, o buraco negro supermassivo no centro de nossa galáxia. Ao procurarem os reflexos dos raios X em nuvens de gás próximas ao buraco negro, eles puderam procurar evidências de aumento da atividade de Sagitário A * nos últimos séculos.
“As nuvens não seriam tão brilhantes quanto parecem, a menos que o buraco negro fosse mais brilhante há várias centenas de anos”, disse Weisskopf. “Você pode calcular quanto tempo leva para os raios X chegarem à nuvem e saltarem em nossa direção. É uma experiência muito difícil. ”
Quando comparado com super telescópios como o James Webb, o IXPE pode ser relativamente modesto. Mas destaca a amplitude da astronomia que os cientistas estão empreendendo agora e as novas maneiras em que máquinas avançadas estão sendo usadas para explorar nosso universo.
A polarimetria de raios-X, que já foi uma janela fechada para o cosmos, está sendo aberta – e com ela, uma série de segredos ocultos serão desvendados.
“É realmente uma nova maneira de olhar para o céu”, disse Zurbuchen.
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