O telescópio esférico de abertura de quinhentos metros (FAST) acaba de terminar a construção na província de Guizhou, no sudoeste. Crédito:RÁPIDO
Quando os astrônomos falam sobre um telescópio óptico, frequentemente mencionam o tamanho do espelho. Isso porque quanto maior for o seu espelho, mais nítida pode ser sua visão do céu. É conhecido como poder de resolução, e é devido a uma propriedade da luz conhecida como difração. Quando a luz passa por uma abertura, como a abertura do telescópio, ele tenderá a se espalhar ou difratar. Quanto menor for a abertura, quanto mais a luz se espalha, tornando sua imagem mais borrada. É por isso que telescópios maiores podem capturar imagens mais nítidas do que os menores.
A difração não depende apenas do tamanho do seu telescópio, também depende do comprimento de onda da luz que você observa. Quanto maior o comprimento de onda, quanto mais difratará a luz para um determinado tamanho de abertura. O comprimento de onda da luz visível é muito pequeno, menos de 1 milionésimo de metro de comprimento. Mas a luz do rádio tem um comprimento de onda mil vezes maior. Se você deseja capturar imagens tão nítidas quanto as de telescópios ópticos, você precisa de um radiotelescópio mil vezes maior do que um óptico. Felizmente, podemos construir radiotelescópios deste tamanho graças a uma técnica conhecida como interferometria.
Para construir um radiotelescópio de alta resolução, você não pode simplesmente construir uma grande antena parabólica. Você precisaria de um prato com mais de 10 quilômetros de diâmetro. Mesmo a maior antena parabólica, Telescópio FAST da China, tem apenas 500 metros de diâmetro. Então, em vez de construir um único prato grande, você constrói dezenas ou centenas de pratos menores que podem funcionar juntos. É um pouco como usar apenas partes de um grande espelho em vez de usar tudo. Se você fez isso com um telescópio óptico, sua imagem não seria tão brilhante, mas seria quase tão afiado.
A luz de um objeto distante atinge uma antena antes da outra. Crédito:ESO
Mas não é tão simples quanto construir muitas antenas parabólicas. Com um único telescópio, a luz de um objeto distante entra no telescópio e é focada pelo espelho ou lente em um detector. A luz que deixou o objeto ao mesmo tempo atinge o detector ao mesmo tempo, para que sua imagem esteja sincronizada. Quando você tem uma variedade de antenas de rádio, cada um com seu próprio detector, a luz do seu objeto alcançará alguns detectores de antena mais cedo do que outros. Se você apenas combinasse todos os seus dados, teria uma bagunça confusa. É aqui que entra a interferometria.
Cada antena na matriz observa o mesmo objeto, e, ao fazê-lo, cada um marca o tempo da observação com muita precisão. Por aqui, você tem dezenas ou centenas de fluxos de dados, cada um com carimbos de data / hora exclusivos. Dos carimbos de data / hora, você pode colocar todos os dados de volta em sincronia. Se você souber que o prato B obtém 2 microssegundos após o prato A, você sabe que o sinal B deve ser avançado 2 microssegundos para estar em sincronia.
O computador correlacionador do Observatório ALMA. Crédito:ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), S. Argandoña
A matemática para isso fica muito complicada. Para que a interferometria funcione, você tem que saber a diferença de tempo entre cada par de antenas parabólicas. Para 5 pratos são 15 pares. Já o VLA tem 26 pratos ativos ou 325 pares. ALMA tem 66 pratos, o que dá 2, 145 pares. Não apenas isso, conforme a Terra gira, a direção do seu objeto muda em relação aos pratos da antena, o que significa que o tempo entre os sinais muda conforme você faz observações. Você tem que acompanhar tudo isso a fim de correlacionar os sinais. Isso é feito com um supercomputador especializado conhecido como correlacionador. Ele é projetado especificamente para fazer esse único cálculo. É o correlator que permite que dezenas de antenas parabólicas atuem como um único telescópio.
O Event Horizon Telescope (EHT) - um conjunto em escala planetária de oito radiotelescópios terrestres forjados por meio de colaboração internacional - foi projetado para capturar imagens de um buraco negro. Em conferências de imprensa coordenadas em todo o mundo, Os pesquisadores do EHT revelaram que tiveram sucesso, revelando a primeira evidência visual direta do buraco negro supermassivo no centro de Messier 87 e sua sombra. A sombra de um buraco negro vista aqui é o mais próximo que podemos chegar de uma imagem do próprio buraco negro, um objeto completamente escuro do qual a luz não pode escapar. O limite do buraco negro - o horizonte de eventos do qual o EHT leva seu nome - é cerca de 2,5 vezes menor do que a sombra que ele projeta e mede pouco menos de 40 bilhões de km de diâmetro. Embora isso possa parecer grande, este anel tem apenas cerca de 40 microssegundos de diâmetro - o equivalente a medir o comprimento de um cartão de crédito na superfície da lua. Embora os telescópios que compõem o EHT não estejam fisicamente conectados, eles são capazes de sincronizar seus dados registrados com relógios atômicos - masers de hidrogênio - que cronometram precisamente suas observações. Essas observações foram coletadas em um comprimento de onda de 1,3 mm durante uma campanha global de 2017. Cada telescópio do EHT produziu enormes quantidades de dados - cerca de 350 terabytes por dia - que foram armazenados em discos rígidos de hélio de alto desempenho. Esses dados foram enviados para supercomputadores altamente especializados - conhecidos como correlacionadores - no Instituto Max Planck de Radioastronomia e no Observatório MIT Haystack para serem combinados. Eles foram então meticulosamente convertidos em uma imagem usando novas ferramentas computacionais desenvolvidas pela colaboração. Crédito:Colaboração Event Horizon Telescope
Demorou décadas para refinar e melhorar a interferometria de rádio, mas tornou-se uma ferramenta comum para a radioastronomia. Desde a inauguração do VLA em 1980 até a primeira luz do ALMA em 2013, interferometria nos deu imagens de resolução extraordinariamente alta. A técnica agora é tão poderosa que pode ser usada para conectar telescópios em todo o mundo.
Em 2009, observatórios de rádio em todo o mundo concordaram em trabalhar juntos em um projeto ambicioso. Eles usaram interferometria para combinar seus telescópios para criar um telescópio virtual do tamanho de um planeta. É conhecido como Event Horizon Telescope, e em 2019, deu-nos a primeira imagem de um buraco negro.
Com trabalho em equipe e interferometria, agora podemos estudar um dos objetos mais misteriosos e extremos do universo.
