Por que o telescópio James Webb mostra as estrelas com oito pontas:sport radio

Vamos responder a essas perguntas abordandosport radiodetalhes a ótica deste incrível telescópio espacial.

Os instrumentos ópticos do James Webb

A formaçãosport radiouma imagem pode ser entendida como um processo simples no qual a luz que vemsport radioum objeto é projetadasport radioum plano.

Para fazer a correspondência entre o objeto e o plano, é necessário um sistema óptico, que, no caso dos telescópios mais simples, é composto por dois elementos: ocular e objetiva. Sua finalidade é permitir uma focalização correta do objeto.

No caso da imagem digital (como as que fazemos com nossos celulares), essa luz é captada por um sensor cujo objetivo é transformar a energia luminosasport radiouma imagem digital. Geralmente, distinguimos entre sensores tradicionais baseadossport radiodispositivossport radiocarga acoplada (CCD, na siglasport radioinglês) e os formados por semicondutoressport radioóxido metálico (CMOS).

Nesse sentido, o Telescópio Espacial James Webb incorpora quatro instrumentos-chave baseadossport radiosensores ópticos para observar o cosmos no infravermelho:

1. MIRI (instrumento para observaçãosport radioinfravermelho médio): abrange uma faixasport radiocomprimentosport radioondasport radiocinco a 28 mícrons. Permitirá a observaçãosport radiogaláxias distantes e estrelassport radioformação.

2. NIRCam (câmerasport radioobservaçãosport radioinfravermelho próximo): esta câmera permitirá a observação dos objetos mais distantes no espaço, na faixasport radioespectrosport radio0,6 a 5 mícrons.

3. NIRSpec (espectrômetrosport radioinfravermelho próximo): é o único instrumento que não contém uma câmera e será capazsport radioanalisar os diferentes comprimentossport radioondasport radiofontessport radioemissão muito distantes. Você pode observar 100 objetos ao mesmo tempo.

4. FGS/NIRISS (sensoressport radioalinhamento e imagenssport radioinfravermelho próximo): permitirá que o telescópio seja alinhado corretamente para obter imagenssport radioalta qualidade, especialmente a detecção e caracterizaçãosport radioexoplanetas na faixasport radio0,8 a 5 mícrons.

A resposta está na difração

Quando o James Webb registra a imagemsport radiouma estrela, a difração da luz (devido à geometria hexagonal do espelho primário do telescópio) é a causasport radioum padrão típicosport radioformasport radio"estrelasport radiooito pontas".

Massport radioque consiste exatamente esse fenômeno ópticosport radiodifração?

A definição é simples, embora seu tratamento matemático possa ser bastante complexo. A difração é o desvio na propagação retilínea das ondas (no nosso caso, ondassport radioluz) quando passam por uma abertura ou pelas bordassport radioum obstáculo.

Como exemplo geral, nesta animação você pode ver como as oscilações da água (vindas da direita) são difratadas por uma pequena abertura, mudandosport radiodireçãosport radiopropagação.

Este fenômeno é mais evidente quando as dimensões do objeto difratado são menores ou iguais ao comprimentosport radioonda das oscilações.

Inicialmente observada e descrita no século 17 pelo astrônomo italiano Francesco María Grimaldi, a difração da luz é uma clara manifestação da teoria ondulatória das ondas luminosas defendida, entre outros, por Christian Huygens, Thomas Young e Agustin Fresnel (em oposição à teoria corpuscular da luzsport radioIsaac Newton).

Na vida cotidiana, muitos fenômenossport radiodifração podem ser observados: se olharmos para um poste à noite atravéssport radioum mosquiteiro (formado por uma malha quadrada), podemos ver uma espéciesport radiocruz. Quando iluminamos um disco compacto com luz branca, apreciamos uma ampla gamasport radiocores.

A difração não depende apenas do tamanho da abertura ou obstáculosport radiodifração, mas também tem uma influência significativa da geometria. No casosport radioum telescópio espacial do tipo refletor, a maior carga difrativa é devida ao espelho primário.

Nesses espelhossport radiogeometria circular, o padrão difrativo consistesport radiouma sériesport radiocírculos concêntricos, sendo o central osport radiomáxima intensidade (também chamadosport radio"discosport radioAiry").

Para geometrias quadradas, a imagemsport radiodifração é formada por uma cruz. No casosport radioquestão, a geometria hexagonal do espelho primário do telescópio gera uma imagemsport radiodifraçãosport radioestrelasport radioseis pontas.

O que acontece então com a imagem estreladasport radiooito pontas gravada pelo James Webb?

A chave está nos suportes do espelho primário (struts,sport radioinglês) que também contribuem para a difração do telescópio. Como consequência, dois pontos horizontais aparecem cruzando os 6 mencionados anteriormente.

Por isso, as imagens estelares registradas por seu antecessor, o Telescópio Espacial Hubble (com um espelho primário quase circular), apresentam imagens estreladas com quatro pontos (levandosport radiocontasport radiogeometria e seus suportes) e não oito, como o James Webb.

Relevância dessas novas imagens

Observar o universo mais profundo equivale a estudar o universo mais antigo e primitivo, exatamente quando as primeiras galáxias estavam se formando.

Não é apenas o fatosport radioque olhando para a imagem do aglomeradosport radiogaláxias SMACS 0723 encontramos galáxias novas e desconhecidas - estamos entrando nos primeiros momentos do universo.

A luz infravermelha detectada pelo James Webb levou 13 bilhõessport radioanos para alcançá-lo (a idade do universo ésport radiocercasport radio13,7 bilhõessport radioanos).

Sabe-se que os cientistas da NASA que tiveram acesso a essas primeiras imagens se emocionaram com a qualidade e beleza delas. Será apenas um primeiro passo no progresso da observação do cosmos.

Sem dúvida, as próximas capturassport radioJames Webb continuarão a nos emocionar, pelo menos tanto quanto a primeira.

*Este artigo foi publicado originalmente no The Conversation. Você pode ler a versão original (em espanhol) aqui.

Oscar del Barco Novillo é professor associado na áreasport radioÓptica da Universidadesport radioMúrcia (Espanha).

Francisco Javier Ávila Gómez é professor assistente, doutorsport radiofísica aplicada (áreasport radioóptica) na Universidadesport radioZaragoza (Espanha).

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