Este é o desenho CAD do AtLAST. Observe o caminhão mostrado em escala. O design inovador da cadeira de balanço do telescópio impulsiona sua funcionalidade. Crédito:Mroczkowski et al, 2024, AtLAST. Algumas partes do universo só revelam detalhes importantes quando observadas em ondas de rádio. Isso explica por que temos o ALMA, o Atacama Large Millimeter-submillimeter Array, uma coleção de radiotelescópios de 7 e 12 metros que funcionam juntos como um interferômetro. Mas as matrizes do tipo ALMA têm as suas limitações e os astrónomos sabem o que precisam para superar essas limitações.
Eles precisam de um radiotelescópio que seja apenas uma única e enorme antena parabólica.
Muitos objetos astronômicos emitem ondas de rádio. Desde galáxias massivas até moléculas individuais, as ondas de rádio e os observatórios que as detectam fornecem informações sobre estes objetos de uma forma que outros observatórios não conseguem. Mas há um problema. Para fazer radioastronomia com uma relação sinal-ruído utilizável, os astrônomos precisam de enormes antenas ou antenas parabólicas. É por isso que o ALMA existe. É uma coleção de pratos que trabalham juntos por interferometria para criar um prato muito maior.
Mas por mais poderoso que seja, e por mais que continue a dar um enorme contributo para a astronomia, o ALMA tem as suas limitações.
É por isso que alguns membros da comunidade astronômica estão pedindo um novo radiotelescópio com uma única antena grande. Chama-se AtLAST, em homenagem ao Telescópio Submilimétrico de Grande Abertura Atacama, e a ideia vem fermentando há alguns anos. Agora, um novo artigo está aprimorando a ideia.
O artigo é intitulado "Design of the 50-meter Atacama Large Aperture Submm Telescope" e está atualmente disponível no servidor de pré-impressão arXiv . O autor principal é Tony Mroczkowski, astrônomo e especialista em instrumentos submilimétricos do Observatório Europeu do Sul (ESO), uma das organizações por trás do ALMA.
“Os comprimentos de onda submilimétricos e milimétricos podem revelar uma vasta gama de objetos e fenômenos que são muito frios, muito distantes ou muito quentes e energéticos para serem medidos em comprimentos de onda visíveis”, afirma o artigo. Eles ressaltam que a comunidade astronômica "destacou a necessidade de um rádio-observatório sub-mm único grande e de alto rendimento" que possa promover a radioastronomia.
“O Telescópio Submilimétrico de Grande Abertura Atacama (AtLAST), com sua abertura de 50 m e campo de visão máximo de 2o, pretende ser uma dessas instalações”, explicam.
O artigo apresenta o conceito completo de design do AtLAST.
A grande abertura de 50 metros do AtLAST é sua característica crítica. Aberturas mais pequenas, mesmo quando combinadas num interferómetro como o ALMA, só conseguem ver características mais extremas devido ao ruído. É por isso que dois ou mais pratos menores não podem substituir um único prato grande.
Existem algumas antenas de rádio de grande abertura, como o telescópio japonês Nobeyama de 45 m e o telescópio IRAM de 30 m. Mas devido aos seus designs, eles não conseguem observar tão bem quanto o AtLAST. AtLAST será capaz de ver mais perto do pico de distribuição espectral de energia (SED) das galáxias e será capaz de observar linhas de emissão de infravermelho distante (FIR) no meio interestelar e em galáxias com alto desvio para o vermelho. O ALMA pode observar estes SEDs e FIRs, mas não tão bem como o AtLAST.
As grandes antenas existentes também têm campos de visão menores (FOV). Mas o design do AtLAST foi impulsionado pela necessidade de um FOV maior de 2 graus. Isso dará ao AtLAST uma velocidade de mapeamento muito maior para casos científicos que precisam de grandes campos de várias centenas de graus quadrados.
O objetivo científico abrangente do AtLAST é multifacetado. O telescópio realizará o levantamento mais completo, profundo e de maior resolução da Via Láctea. Isso inclui nuvens de gás, discos protoplanetários, protoestrelas e poeira. AtLAST irá até pesquisar algumas partes do Grupo Local de Galáxias. O radiotelescópio será ainda capaz de detectar moléculas orgânicas complexas, as precursoras da vida.
O gás e a poeira do universo são de particular interesse para o AtLAST. Grande parte do gás e da poeira do universo é frio e denso. O meio interestelar (ISM) consiste em nuvens de gás e poeira que possuem assinaturas espectrais únicas na faixa submilimétrica. O ALMA deu-nos algumas das nossas melhores imagens destas estruturas com imagens de alta resolução de alguns dos detalhes do ISM. Mas as antenas de prato único deram aos astrónomos vislumbres de outras descobertas à espera de serem feitas. Essa é uma das razões pelas quais a comunidade astronômica internacional está tão entusiasmada com o AtLAST.
O AtLAST também será capaz de realizar um censo de galáxias em formação de estrelas com altos desvios para o vermelho. Ele também mapeará a reionização do universo e rastreará a poeira, o gás e a metalicidade do universo ao longo do tempo cósmico.
AtLAST irá aprofundar os aspectos fundamentais e mais profundos das galáxias, examinando o meio circungaláctico (CGM). O CGM é gás frio e poeira que existe em halos galácticos e molda a evolução das galáxias. Este material é invisível em outros comprimentos de onda.
O design de antena única do radiotelescópio tem algumas vantagens sobre o ALMA que são independentes do tamanho da antena e do campo de visão. Como uma antena parabólica única, o AtLAST será capaz de mudar de alvo rapidamente e até mesmo rastrear alvos em movimento. Ele empregará vários modos de varredura diferentes, bem como modos de rastreamento que permitem ao telescópio rastrear cometas, asteróides e objetos próximos à Terra. O design inovador da sua cadeira de balanço está por trás de parte do desempenho do AtLAST, um design que partilha com telescópios ópticos extremamente grandes como o ELT.
Esta visualização em corte mostra alguns detalhes do AtLAST. Observe as figuras verdes em tamanho humano para ver a escala. Crédito:Mroczkowski et al, 2024, AtLAST.
AtLAST será projetado para durar muitas décadas. Terá seis baias de instrumentos e permitirá a troca rápida entre instrumentos. Em homenagem às mudanças climáticas, o AtLAST será alimentado por energia renovável.
Mas o que realmente importa é ciência.
“Espera-se que o projeto aqui apresentado atenda a todas as especificações definidas para que o AtLAST atinja seus amplos objetivos científicos”, afirma o artigo. Os detalhes do design permitem atender aos rigorosos requisitos necessários para atingir seus objetivos. "Ou seja, estes são o grande campo de visão, a superfície elevada
precisão, varredura rápida e aceleração, e a necessidade de fornecer uma instalação sustentável e atualizável que servirá uma nova geração de astrônomos e permanecerá relevante pelas próximas décadas."
É um projeto complexo, assim como todos os observatórios astronômicos. Mas à medida que a tecnologia avança, também aumenta a complexidade. Ainda há muito trabalho a ser feito e muito tempo antes que a construção possa começar.
“Apesar da quantidade de trabalho que ainda precisa ser feito, o AtLAST está no caminho certo para potencialmente iniciar a construção, se for totalmente financiado, ainda nesta década”, concluem os autores.
