Ilustração do artista do Atacama Large Millimeter Array atualmente em construção. Crédito de imagem: ESO. Clique para ampliar.
Ouça a entrevista: Prepare-se para um impacto profundo (4,8 MB)
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Fraser Cain: Você pode me dar alguma informação sobre o espectro do submilímetro? Onde isso se encaixa?
Paul Ho: O submilímetro, formalmente, tem um comprimento de onda de 1 milímetro e mais curto. Portanto, o comprimento de onda de 1 milímetro na frequência corresponde a cerca de 300 gigahertz ou 3 × 10 ^ 14 hertz. Portanto, é um comprimento de onda muito curto. A partir disso, até um comprimento de onda de cerca de 300 mícrons, ou um terço de um milímetro, é o que chamamos de faixa de submilímetro. É uma espécie do que chamamos de fim da janela atmosférica no que diz respeito ao rádio, porque mais curto, cerca de um terço de milímetro, o céu se torna essencialmente opaco devido à atmosfera.
Fraser: Então, essas são ondas de rádio, como o que você ouviria no rádio, mas muito mais curtas - nada que eu pudesse captar no meu rádio FM. Por que eles são bons para ver o universo onde está frio?
Ho: qualquer objeto que conhecemos, ou vemos, normalmente irradia uma propagação de energia caracterizando os materiais sobre os quais estamos falando, então chamamos isso de espectro. E esse espectro de energia normalmente possui um pico de comprimento de onda - ou o comprimento de onda no qual a maior parte da energia é irradiada. Esse comprimento de onda característico depende da temperatura do objeto. Portanto, quanto mais quente o objeto, menor o comprimento de onda e, quanto mais frio o objeto, maior o comprimento de onda. Para o Sol, que tem uma temperatura de 7.000 graus, você tem um pico de comprimento de onda que sai na óptica, e é por isso que nossos olhos estão sintonizados com a óptica, porque vivemos perto do Sol. Mas, à medida que o material esfria, o comprimento de onda dessa radiação aumenta cada vez mais, e quando você atinge uma temperatura característica de, digamos, 100 graus acima do Zero Absoluto, esse comprimento de onda de pico sai de algum modo no infravermelho distante ou no submilímetro. Portanto, um comprimento de onda da ordem de 100 mícrons, ou um pouco mais longo que isso, o que o coloca na faixa do submilímetro.
Fraser: E se eu pudesse trocar meus olhos e substituí-los por um conjunto de submilímetros, o que eu seria capaz de ver se olhasse para o céu?
Ho: É claro que o céu continuaria bem frio, mas você começaria a perceber muitas coisas bastante frias que você não veria no mundo óptico. Coisas como materiais que estão girando em torno de uma estrela que são legais, da ordem de 100 Kelvin; bolsas de gás molecular onde as estrelas estão se formando - elas seriam mais frias que 100 K. Ou no muito distante Universo inicial, quando as galáxias são montadas pela primeira vez, esse material também é muito frio, o que você não seria capaz de ver no mundo óptico , que você poderá ver no submilímetro.
Fraser: Quais instrumentos você está usando, aqui ou no espaço?
Ho: Existem instrumentos de solo e espaço. Há 20 anos, as pessoas começaram a trabalhar no submilímetro, e havia alguns telescópios que estavam começando a operar nesse comprimento de onda. No Havaí, em Mauna Kea, existem dois: um chamado Telescópio James Clerk Maxwell, que tem um diâmetro de cerca de 15 metros, e também o Observatório Caltech Submillimeter, que tem um diâmetro de cerca de 10 metros. Construímos um interferômetro, que é uma série de telescópios coordenados para operar como um único instrumento em cima do Mauna Kea. Portanto, 8 telescópios da classe de 6 metros, que são interligados e podem ser afastados ou aproximados até uma linha de base máxima ou separação de meio quilômetro. Portanto, este instrumento está simulando um telescópio muito grande, com o tamanho máximo de meio quilômetro e, portanto, alcançando um ângulo de resolução muito alto em comparação com os telescópios de elemento único existentes.
Fraser: É muito mais fácil combinar a luz dos radiotelescópios, então acho que é por isso que você é capaz de fazer isso?
Ho: Bem, a técnica do interferômetro tem sido usada no rádio há algum tempo, então aperfeiçoamos essa técnica razoavelmente bem. Obviamente, no infravermelho e no óptico, as pessoas também estão começando a trabalhar dessa maneira, trabalhando em interferômetros. Basicamente, combinando a radiação, você deve acompanhar a fase da frente da radiação que entra. Normalmente eu explico isso como se você tivesse um espelho muito grande e o quebrasse, então reserve apenas alguns pedaços do espelho e depois deseja reconstruir as informações desses poucos pedaços de espelho, há algumas coisas que você precisa fazer. Primeiro, você deve ser capaz de manter as peças do espelho alinhadas, uma em relação à outra, exatamente como era quando era um espelho inteiro. E segundo, para poder corrigir o defeito, pelo fato de haver muita informação faltando com tantas peças de espelho que não estão lá, e você está apenas amostrando algumas peças. Mas essa técnica específica, chamada síntese de abertura, que consiste em criar um telescópio de abertura muito grande usando pequenos pedaços, é claro, é o produto do trabalho vencedor de prêmios Nobel de Ryle e Hewish há alguns anos.
Fraser: Quais instrumentos serão desenvolvidos no futuro para aproveitar esse comprimento de onda?
Ho: Depois que nossos telescópios forem construídos e estivermos trabalhando, haverá um instrumento ainda maior que está sendo construído agora no Chile, chamado Atacama Large Millimeter Array (ALMA), que consistirá em muito mais telescópios e aberturas maiores, que serão muito mais sensível que o nosso instrumento pioneiro. Mas esperamos que nosso instrumento comece a descobrir os sinais e a natureza do mundo no comprimento de onda do submilímetro antes que os instrumentos maiores apareçam para poder acompanhar e realizar um trabalho mais sensível.
Fraser: Até que ponto esses novos instrumentos poderão parecer? O que eles poderiam ver?
Ho: Um dos alvos da nossa disciplina de astronomia submilimétrica é olhar para trás no tempo, na parte mais inicial do Universo. Como mencionei anteriormente, no estágio inicial do Universo, quando ele estava formando galáxias, elas tendem a ficar muito mais frias nas fases iniciais quando as galáxias estavam sendo montadas, e isso irá irradiar, pensamos, principalmente no submilímetro. E você pode vê-los, por exemplo, usando o telescópio JCM em Mauna Kea. Você pode ver alguns dos primórdios do Universo, que são galáxias com desvio muito alto para o vermelho; elas não são visíveis na óptica, mas são visíveis no submilímetro, e essa matriz poderá imaginá-las e localizá-las muito ativamente sobre onde elas estão localizadas no céu, para que possamos estudá-las ainda mais. Essas galáxias muito precoces, essas formações precoces, acreditamos estarem em redshift muito alto - damos esse número Z, que é um desvio para o vermelho de 6, 7, 8 - muito cedo na formação do Universo, então olhando para talvez 10% da época em que o Universo estava sendo montado.
Fraser: Minha última pergunta para você ... o Deep Impact está chegando em algumas semanas. Seus observatórios também assistirão a isso?
Ho: Oh sim, é claro. O impacto profundo é realmente algo em que estamos interessados. Para nosso instrumento, estudamos corpos do tipo Sistema Solar, e isso inclui não apenas os planetas, mas também os cometas quando eles se aproximam ou impactam, esperamos ver material para vomitar, que poderemos rastrear no submilímetro, porque observaremos não apenas as emissões de poeira, mas poderemos observar as linhas espectrais dos gases que saem. Portanto, esperamos poder voltar nossa atenção para esse evento e também imaginá-lo.
Paul Ho é astrônomo do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics em Cambridge, Massachusetts.
