Telescópio com lente gravitacional enxergará detalhes de exoplanetas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/05/2022

Os astrofísicos descobriram como converter o anel de luz em torno do campo gravitacional do Sol para produzir uma imagem detalhada do planeta.
[Imagem: Alexander Madurowicz]

Como fotografar exoplanetas

Para contornar as limitações físicas dos telescópios atuais, astrofísicos estão trabalhando em uma nova técnica de imagem que seria 1.000 vezes mais precisa do que a melhor tecnologia de imagem atualmente em uso, permitindo finalmente visualizar diretamente como é a atmosfera ou a superfície de um exoplaneta.

Hoje, quando detectamos um exoplaneta, não aprendemos muito sobre ele: Sabemos que ele existe e algumas características como massa e diâmetro, mas o resto permanece um mistério.

Tirando proveito do efeito de deformação que a gravidade impõe sobre o espaço-tempo, chamado de lente gravitacional, será possível criar imagens muito mais detalhadas do que é possível hoje - incluindo detalhes sobre sua superfície.

Telescópio com lente gravitacional

Ao contrário de uma lupa, que tem uma superfície curva que desvia a luz para um ponto focal, uma lente gravitacional tem um formato de anel ao redor do corpo celeste cuja gravidade deturpa o espaço-tempo ao seu redor, fazendo a luz se curvar. E isso permite ver objetos muito distantes.

O proposto telescópio de gravidade ou telescópio gravitacional, como seus idealizadores o chamam - ou, mais propriamente, telescópio com lente gravitacional -, deverá manipular as lentes gravitacionais criadas pelo Sol para enxergar detalhes nos planetas fora do nosso Sistema Solar. Para isso será necessário posicionar um telescópio entre o Sol e o exoplaneta que se quer observar: O campo gravitacional do Sol amplifica a luz do exoplaneta e o telescópio capta as imagens detalhadas.

"Nós queremos tirar fotos de planetas que estão orbitando outras estrelas que sejam tão boas quanto as fotos que podemos fazer dos planetas em nosso próprio Sistema Solar", disse o professor Bruce Macintosh, da Universidade de Stanford. "Com esta tecnologia, esperamos tirar uma foto de um planeta a 100 anos-luz de distância que tenha o mesmo impacto que a foto da Terra feita pela Apolo 8."

O problema, no momento, é que essa técnica exigiria naves espaciais muito mais avançadas do que as atualmente disponíveis. Ainda assim, a promessa desse conceito e o que ele pode revelar sobre outros planetas faz com que valha a pena avançar no projeto e desenvolvimento do telescópio gravitacional, justificaram os pesquisadores.

A técnica foi testada com êxito usando a Terra como laboratório.
[Imagem: Alexander Madurowicz et al. - 10.3847/1538-4357/ac5e9d]

Telescópio com lente gravitacional

Em 2020, o professor Slava Turyshev, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, foi selecionado pelo Programa de Conceitos Avançados da NASA para desenvolver melhor sua ideia de um telescópio espacial de lente gravitacional que poderia usar foguetes para escanear os raios de luz de um planeta para reconstruir uma imagem clara. O inconveniente é que a técnica exigiria muito combustível e tempo.

Partindo do trabalho de Turyshev, Alexander Madurowicz e Bruce Macintosh desenvolveram agora um novo método que pode reconstruir a superfície de um planeta a partir de uma única imagem tirada olhando diretamente para o Sol. Ao captar ao redor do Sol o anel de luz formado pelo exoplaneta, o algoritmo que Madurowicz projetou pode eliminar a distorção da luz do anel, revertendo a curvatura da lente gravitacional e transformando o anel de volta em um planeta redondo.

Madurowicz demonstrou seu programa usando imagens da Terra em rotação capturadas pelo satélite DSCOVR, que monitora o clima espacial entre a Terra e o Sol. Em seguida, ele usou um modelo de computador para ver como seria a Terra olhando através dos efeitos de distorção da gravidade do Sol. Ao aplicar seu algoritmo às observações, Madurowicz conseguiu recuperar as imagens da Terra e provar que seus cálculos estão corretos.

Reconstrução da superfície da Terra usando dados de um observatório que monitora o clima espacial.
[Imagem: Alexander Madurowicz et al. - 10.3847/1538-4357/ac5e9d]

Desafios

Se a ideia de Turyshev exige muito combustível, a proposta de Madurowicz e Macintosh tem seus próprios desafios.

Para capturar a imagem de um exoplaneta através da lente gravitacional solar, o telescópio gravitacional teria que ser colocado pelo menos 14 vezes mais longe do Sol do que Plutão, além da borda do Sistema Solar, e mais longe do que qualquer coisa já construída pelo homem, incluindo as sondas Voyager, lançadas nos anos 1970.

É claro que essa distância é uma pequena fração dos anos-luz entre o Sol e um exoplaneta. E, atualmente, para obter imagens de um exoplaneta na resolução que os cientistas descrevem, precisaríamos de um telescópio comum 20 vezes maior do que a Terra.

Madurowicz e Macintosh afirmam que levará no mínimo 50 anos antes que essa tecnologia possa ser implantada, provavelmente mais. Para que isso se torne realidade, precisaremos de naves espaciais mais rápidas porque, com a tecnologia atual, pode levar 100 anos para viajar até a lente. Usando velas solares ou o Sol como um estilingue gravitacional, o tempo pode ser reduzido para 20 ou 40 anos.

Apesar da incerteza da linha do tempo, o que os impulsiona é a possibilidade de ver se alguns exoplanetas têm continentes ou oceanos, disse Macintosh. A presença de qualquer um seria um forte indicador de que pode haver vida em um planeta distante.

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