Um vulcão adormecido no topo do Havaí, um instrumento extremamente delicado - projetado para ajudar os cientistas a encontrar mundos distantes - está espalhado pelo chão em centenas de pedaços.

"Imagine tentar montar um daqueles enormes conjuntos de LEGO, exceto que não há livro de instruções; você já fez isso antes, mas então você tinha que desmontar tudo e colocá-lo em saquinhos, "disse Jacob Bean, professor associado de astronomia e astrofísica da Universidade de Chicago. "Além disso, você está com 14 anos, 000 pés, e quando o ar é tão rarefeito, ele prejudica seu julgamento e pensamento, e então aqui você está trabalhando em turnos de 12 horas levantando coisas pesadas, mas também tentando montar um instrumento delicado. "

Essa era a tarefa de Bean como chefe de um projeto da UChicago para construir e instalar um instrumento inovador que varrerá os céus em busca de novos exoplanetas - mundos em outros sistemas solares que poderiam potencialmente hospedar vida. Nos últimos oito anos, Bean e sua equipe projetaram e construíram o instrumento, chamado MAROON-X; neste verão, eles finalmente o anexaram a um telescópio no Observatório Gemini no topo de Mauna Kea, Havaí.

"Foram seis meses bastante intensos para minha equipe comissionar este instrumento, "disse Bean, um especialista em mundos distantes cuja pesquisa se concentra em descobrir e examinar planetas potencialmente habitáveis ​​em outros sistemas solares. "Mas nos próximos 10 anos vamos aprender coisas sobre mundos habitáveis ​​que nunca tínhamos conhecido antes. Vai ser realmente transformador."

Várias décadas atrás, avanços na tecnologia permitiram aos cientistas começar a detectar as assinaturas muito fracas de planetas orbitando outras estrelas em sistemas solares distantes. Houve uma explosão de descobertas; Atualmente, NASA lista 4, 000 exoplanetas confirmados e outros milhares de candidatos.

Contudo, ainda não temos exoplanetas semelhantes à Terra confirmados com condições de superfície habitáveis. A coisa sobre planetas como a Terra, é por isso que está demorando tanto para ser capaz de encontrá-los e caracterizá-los, é que eles são extremamente difíceis de ver. Como esses planetas estão girando em torno de uma estrela que é pelo menos um milhão de vezes mais brilhante do que eles, tentar olhar diretamente para eles é como tentar ver um vaga-lume próximo a um farol que fica do outro lado do país. Portanto, os cientistas precisam encontrar maneiras indiretas de encontrá-los, com base nos efeitos que eles têm em suas estrelas.

MAROON-X faz isso observando o puxão gravitacional extremamente pequeno que um exoplaneta (ou dois, ou cinco, ou sete) exerce sobre sua estrela enquanto orbita ao seu redor. Esse puxão faz com que a estrela oscile apenas um pouquinho em sua órbita. Mas isso é movimento suficiente para pegá-lo.

Ligado ao telescópio Gemini North, O MAROON-X pega toda a luz coletada pelo telescópio de 25 pés e a focaliza em um ponto que tem a largura de um cabelo humano. Em seguida, ele separa essa luz nas diferentes cores do arco-íris e lê a intensidade de cada faixa. A cor da luz muda ligeiramente à medida que a estrela se move para frente ou para trás. "É como uma arma de radar para estrelas, "Bean disse.

Ao capturar esta oscilação, os cientistas podem calcular a massa do planeta (ou planetas) oculto que atrai a estrela.

A precisão necessária para isso, claro, É incrível. "Quando a luz atinge nosso detector, essa mudança é imperceptível ao olho humano. É um milésimo de pixel. Está se aproximando do tamanho dos átomos de silício no detector, "Bean disse." Esta é uma estrela que é fraca até para grandes telescópios. E podemos dizer se ele está se movendo para perto ou para longe de nós a uma taxa comparável à velocidade de caminhada humana, ou seja, alguns metros por segundo. "

"As mudanças que procuramos são tão pequenas que todas as noites antes de observarmos, temos que recalibrar o instrumento, "disse o cientista pesquisador Andreas Seifahrt, que construiu MAROON-X com Bean.

'Foi realmente um trabalho de amor'

Bean e Seifahrt passaram quase uma década projetando e construindo o MAROON-X; é tão preciso que o ambiente precisa ser perfeitamente controlado. "Mesmo uma pequena mudança na temperatura ou pressão do ar vai atrapalhar as leituras, por isso é construído como uma boneca russa - está dentro de uma câmara de vácuo que é isolada e dentro de uma geladeira que mantém a temperatura estável a um milésimo de grau, "Bean disse.

Uma vez que eles estavam satisfeitos com o desempenho do instrumento, em seguida, veio o trabalho árduo - e assustador - para transportá-lo de Chicago para o Havaí. "Passar oito anos neste instrumento e depois assistir da doca de carregamento enquanto o caminhão vai embora com ele e você não o verá até duas semanas depois no topo de uma montanha do outro lado do oceano - é muito estressante, "Seifahrt disse.

Mas as caixas com o equipamento chegaram em segurança ao Havaí, onde Bean, Seifahrt, e os pós-doutorandos Julian Stürmer e David Kasper montaram seu conjunto de LEGO. Em 23 de setembro, MAROON-X fez suas leituras oficiais da primeira luz.

O instrumento funcionará em conjunto com o Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA para obter uma imagem completa dos candidatos a exoplanetas. TESS procura o escurecimento da luz quando um planeta se cruza na frente de uma estrela, para que os cientistas possam descobrir o quão grande é. Ao combinar isso com os dados de massa do MAROON-X, você pode calcular a densidade de um exoplaneta, que diz se você está olhando para um planeta rochoso, como a Terra, ou um gasoso, como Júpiter.

O MAROON-X também será capaz de detectar assinaturas da atmosfera do planeta, como sua composição e espessura.

"Longo prazo, esperamos ser capazes de procurar bioassinaturas - coisas que só existiriam se a vida as colocasse lá, "Bean disse." Por exemplo, na atmosfera da Terra, só temos oxigênio porque foi colocado lá pelas plantas. É um quebra-cabeça com várias peças diferentes. "

Conforme eles reúnem novos dados, Bean espera trabalhar com colegas da UChicago, incluindo os especialistas em composição planetária Leslie Rogers, Dorian Abbott e Edwin Kite, e o caçador de exoplanetas Daniel Fabrycky, para transformar as leituras em previsões sobre os exoplanetas distantes. Breve, também, James Webb Space Telescope da NASA será lançado como o sucessor do Hubble, trazendo ainda mais recursos de imagem para lidar com a questão.

Além de Bean, Seifahrt, Stürmer, e Kasper, várias gerações de alunos de graduação da UChicago, alunos de graduação e pesquisadores de pós-doutorado trabalharam no MAROON-X. "Foi realmente um trabalho de amor para minha equipe, "Bean disse, "e agora é finalmente real. É um momento muito emocionante."

Seifahrt concordou:"Conseguir isso com uma equipe tão pequena e um orçamento limitado é realmente uma conquista. Olhando para trás, foi uma coisa meio insana de se fazer - mas achamos que realmente será um instrumento pioneiro. "