Esta semana, com a divulgação das primeiras observações científicas do telescópio espacial JWST, vamos falar sobre quais são seus instrumentos científicos e seus objetivos.
A história do telescópio, porque ele não é exatamente o “sucessor do Hubble” (uma questão freqüente) e o motivo de sua órbita além da Lua estão discutidos neste artigo.
O lançamento está comentado em outro artigo nosso.
O que fazem os instrumentos do JWST?
Os 4 instrumentos do JWST observam regiões diferentes dentro do campo de visão do telescópio:
Em termos de comprimentos de onda observáveis, é assim que o espectro é coberto:
- NIRCam – Near InfraRed Camera. Câmera de alta resolução, cobrindo do final do espectro visível (0.6 μm) ao infravermelho próximo (5 μm). Formado por 10 sensores de 4 megapixels cada. Estes estão divididos entre dois sistemas ópticos independentes, para redundância: se um falhar, não afeta o funcionamento do outro, a única perda seria ficar com metade do campo de visão. Cada um dos dois cobre um campo de visão de 2.2 minutos de arco, observado com resolução de 0.07 segundos de arco por pixel (canal de 0.6 a 2.3 μm) ou 0.14 segundos de arco por pixel (canal de 2.4 a 5 μm), com um total de 28 filtros, de banda estreita, média e larga, e a opção de usar um coronógrafo para observar objetos com vizinhos muito brilhantes. Ou seja, é uma extensão da capacidade do Telescópio Espacial Hubble para o infravermelho, com resolução comparável (o Hubble atinge até 0.024 segundos de arco por pixel, no Ultravioleta). Também é usado como principal referência para o alinhamento dos segmentos do espelho principal do telescópio. Construído pela University of Arizona e Lockheed Martin.
- NIRSpec – Near InfraRed Spectrograph. De forma complementar ao NIRCam, operando na mesma faixa de comprimentos de onda, é um espectroscópio capaz de operar em 3 modos: espectroscópio multi-objeto de resolução R~1000 (até 100 objetos, escolhidos em um campo de 3×3 minutos de arco), unidade de campo integral (IFU) de resolução R~2700 (campo de 3×3 segundos de arco, dividido em segmentos de 0.1 segundos de arco), e um modo com 5 fendas fixas, de 0.2 a 1.6 segundos de arco, para espectros de alto contraste, com resolução de 100 a 2700. Construído em parceria pela ESA (ESTEC, Noordwijk, Holanda), com pesquisadores na Airbus Defence and Space, Ottobrunn and Friedrichshafen (Alemanha), e NASA Goddard Space Flight Center, Carl Zeiss Optronics (Alemanha).
- MIRI – Mid-InfraRed Instrument. Câmera e espectrômetro, observando em comprimentos de onda de 5 a 29 μm, incluindo modos com coronógrafo. Por atuar na região do infravemelho médio, é este instrumento que exige o maior resfriamento, tanto da óptica do telescópio, como dos detectores, com elementos operando até a 6° K. Grande parte das dificuldades técnicas do JWST vieram da necessidade de atingir temperaturas tão baixas, incluindo o desenvolvimento de um criorefrigerador de ciclo fechado que não gerasse vibração quando sua bomba está em operação. Tem 4 modos de operação: imageamento (5-29 μm, 9 filtros, 0.11 segundos de arco por pixel, campo de 74×113 segundos de arco), imageamento coronográfico (11-23 μm, 4 filtros, 0.11 segundos de arco por pixel, campo de 24-30 segundos de arco), espectroscópio de baixa resolução com ou sem fenda (5-12 μm, 0.11 segundos de arco por pixel, campo de 0.5×5 segundos de arco, resolução espectral R~100) e espectroscópio de campo integral (IFU) de resolução média (5-29 μm, resolução espectral 1500 a 3200, 0.2 a 0.3 segundos de arco por pixel, campo de 4 a 8 segundos de arco). Colaboração entre centros da NASA (JPL, Gorddard), University of Arizona, e várias instituições européias, incluindo UK Astronomy Technology Centre (Edinburgh, Escócia), Carl Zeiss Optronics (Alemanha), Max Planck Institute for Astronomy (Heidelberg, Alemanha).
- FGS / NIRISS – Fine Guidance Sensor and Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph. Operando em comprimentos de onda de 0.8 a 5 μm com um campo de visão de 2.2 minutos de arco, a função primária do FGS é fazer imagens de alta resolução e alta sensibilidade (sem filtros) para o sistema de apontamento do telescópio: verificando onde os objetos estão nesta imagem, o computador de apontamento calcula como ajustar em alta precisão a direção em que o telescópio aponta, para manter o objeto de interesse no mesmo lugar do campo de visão durante toda a observação dos instrumentos científicos. Apesar de seu uso primário ser para apontamento, algumas imagens podem ser usadas também para ciência. Combinado ao FGS há outro instrumento, o NIRISS, um espectrômetro sem fenda com 4 modos: campo integral com prisma de objetiva (0.8 a 2.2 μm), objeto único com prisma (0.6 a 2.8 μm), imageamento (0.8 a 5 μm) e interferometria por máscaras (2.8 a 4.8 μm). com resoluções espectrais de R~150 a 700, e espacial de 0.065 segundos de arco por pixel. Construído pela Canadian Space Agency (CSA), Université de Montréal (Canadá), Herzberg Astronomy and Astrophysics Research Centre, National Research Council (Canadá).
Quais são os objetivos científicos do telescópio?
Estando no espaço e com o tamanho do JWST, com 6.5 m de diâmetro, vai ser possível observar objetos muito mais tênues do que já foi possível e com uma resolução melhor do que qualquer outro telescópio de infravermelho já teve. Com essas características, as principais áreas de estudo que devem se beneficiar do JWST são
- O início do universo: devido à expansão do universo e ao efeito Doppler, a maior parte da radiação emitida pelas galáxias mais distantes, a uns 13 bilhões de anos-luz de distância (portanto, emitida há 13 bilhões de anos) está no infravermelho, podendo ser observada com o JWST.
- Evolução de galáxias: como vai poder observar as galáxias mais antigas e tênues, estas poderão ser comparadas com as mais novas, para infornar como galáxias evoluem no tempo.
- Vida das estrelas: como no infravermelho é possível observar melhor através das nuvens de gás e poeira que ocultam as estrelas mais jovens, o JWST vai trazer mais dados sobre a formação e o início da vida de estrelas.
- Planetas: os gases comuns em atmosferas planetárias absorvem luz em muitos comprimentos de onda no infravermelho (exatamente o motivo de não ser possível observar a partir da Terra) e por isso os instrumentos poderão ser usados para medir a composição química das atmosferas de outros planetas, tanto no Sistema Solar como fora (os exoplanetas).
Saiba mais em
Nossos artigos sobre o JWST
Divulgação da primeira imagem científica (ao vivo às 11:30 de Brasília, 12 de julho de 2022):
Discussão das primeiras observações (ao vivo às 16h de Brasília, 13 de julho de 2022):
Site oficial: https://www.jwst.nasa.gov/
