Por que o telescópio James Webb mostra as estrelas com oito pontas:7games jogo que baixar

Vamos responder a essas perguntas abordando7games jogo que baixardetalhes a ótica deste incrível telescópio espacial.

Os instrumentos ópticos do James Webb

A formação7games jogo que baixaruma imagem pode ser entendida como um processo simples no qual a luz que vem7games jogo que baixarum objeto é projetada7games jogo que baixarum 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 luminosa7games jogo que baixaruma imagem digital. Geralmente, distinguimos entre sensores tradicionais baseados7games jogo que baixardispositivos7games jogo que baixarcarga acoplada (CCD, na sigla7games jogo que baixaringlês) e os formados por semicondutores7games jogo que baixaróxido metálico (CMOS).

Nesse sentido, o Telescópio Espacial James Webb incorpora quatro instrumentos-chave baseados7games jogo que baixarsensores ópticos para observar o cosmos no infravermelho:

1. MIRI (instrumento para observação7games jogo que baixarinfravermelho médio): abrange uma faixa7games jogo que baixarcomprimento7games jogo que baixaronda7games jogo que baixarcinco a 28 mícrons. Permitirá a observação7games jogo que baixargaláxias distantes e estrelas7games jogo que baixarformação.

2. NIRCam (câmera7games jogo que baixarobservação7games jogo que baixarinfravermelho próximo): esta câmera permitirá a observação dos objetos mais distantes no espaço, na faixa7games jogo que baixarespectro7games jogo que baixar0,6 a 5 mícrons.

3. NIRSpec (espectrômetro7games jogo que baixarinfravermelho próximo): é o único instrumento que não contém uma câmera e será capaz7games jogo que baixaranalisar os diferentes comprimentos7games jogo que baixaronda7games jogo que baixarfontes7games jogo que baixaremissão muito distantes. Você pode observar 100 objetos ao mesmo tempo.

4. FGS/NIRISS (sensores7games jogo que baixaralinhamento e imagens7games jogo que baixarinfravermelho próximo): permitirá que o telescópio seja alinhado corretamente para obter imagens7games jogo que baixaralta qualidade, especialmente a detecção e caracterização7games jogo que baixarexoplanetas na faixa7games jogo que baixar0,8 a 5 mícrons.

A resposta está na difração

Quando o James Webb registra a imagem7games jogo que baixaruma estrela, a difração da luz (devido à geometria hexagonal do espelho primário do telescópio) é a causa7games jogo que baixarum padrão típico7games jogo que baixarforma7games jogo que baixar"estrela7games jogo que baixaroito pontas".

Mas7games jogo que baixarque consiste exatamente esse fenômeno óptico7games jogo que baixardifração?

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, ondas7games jogo que baixarluz) quando passam por uma abertura ou pelas bordas7games jogo que baixarum obstáculo.

Como exemplo geral, nesta animação você pode ver como as oscilações da água (vindas da direita) são difratadas por uma pequena abertura, mudando7games jogo que baixardireção7games jogo que baixarpropagação.

Este fenômeno é mais evidente quando as dimensões do objeto difratado são menores ou iguais ao comprimento7games jogo que baixaronda 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 luz7games jogo que baixarIsaac Newton).

Na vida cotidiana, muitos fenômenos7games jogo que baixardifração podem ser observados: se olharmos para um poste à noite através7games jogo que baixarum mosquiteiro (formado por uma malha quadrada), podemos ver uma espécie7games jogo que baixarcruz. Quando iluminamos um disco compacto com luz branca, apreciamos uma ampla gama7games jogo que baixarcores.

A difração não depende apenas do tamanho da abertura ou obstáculo7games jogo que baixardifração, mas também tem uma influência significativa da geometria. No caso7games jogo que baixarum telescópio espacial do tipo refletor, a maior carga difrativa é devida ao espelho primário.

Nesses espelhos7games jogo que baixargeometria circular, o padrão difrativo consiste7games jogo que baixaruma série7games jogo que baixarcírculos concêntricos, sendo o central o7games jogo que baixarmáxima intensidade (também chamado7games jogo que baixar"disco7games jogo que baixarAiry").

Para geometrias quadradas, a imagem7games jogo que baixardifração é formada por uma cruz. No caso7games jogo que baixarquestão, a geometria hexagonal do espelho primário do telescópio gera uma imagem7games jogo que baixardifração7games jogo que baixarestrela7games jogo que baixarseis pontas.

O que acontece então com a imagem estrelada7games jogo que baixaroito pontas gravada pelo James Webb?

A chave está nos suportes do espelho primário (struts,7games jogo que baixaringlês) 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 (levando7games jogo que baixarconta7games jogo que baixargeometria 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 fato7games jogo que baixarque olhando para a imagem do aglomerado7games jogo que baixargaláxias SMACS 0723 encontramos galáxias novas e desconhecidas - estamos entrando nos primeiros momentos do universo.

A luz infravermelha detectada pelo James Webb levou 13 bilhões7games jogo que baixaranos para alcançá-lo (a idade do universo é7games jogo que baixarcerca7games jogo que baixar13,7 bilhões7games jogo que baixaranos).

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 capturas7games jogo que baixarJames 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 área7games jogo que baixarÓptica da Universidade7games jogo que baixarMúrcia (Espanha).

Francisco Javier Ávila Gómez é professor assistente, doutor7games jogo que baixarfísica aplicada (área7games jogo que baixaróptica) na Universidade7games jogo que baixarZaragoza (Espanha).

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