Por que o telescópio James Webb mostra as estrelas com oito pontas:baixar betsul

Vamos responder a essas perguntas abordandobaixar betsuldetalhes a ótica deste incrível telescópio espacial.

Os instrumentos ópticos do James Webb

A formaçãobaixar betsuluma imagem pode ser entendida como um processo simples no qual a luz que vembaixar betsulum objeto é projetadabaixar betsulum 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 luminosabaixar betsuluma imagem digital. Geralmente, distinguimos entre sensores tradicionais baseadosbaixar betsuldispositivosbaixar betsulcarga acoplada (CCD, na siglabaixar betsulinglês) e os formados por semicondutoresbaixar betsulóxido metálico (CMOS).

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

1. MIRI (instrumento para observaçãobaixar betsulinfravermelho médio): abrange uma faixabaixar betsulcomprimentobaixar betsulondabaixar betsulcinco a 28 mícrons. Permitirá a observaçãobaixar betsulgaláxias distantes e estrelasbaixar betsulformação.

2. NIRCam (câmerabaixar betsulobservaçãobaixar betsulinfravermelho próximo): esta câmera permitirá a observação dos objetos mais distantes no espaço, na faixabaixar betsulespectrobaixar betsul0,6 a 5 mícrons.

3. NIRSpec (espectrômetrobaixar betsulinfravermelho próximo): é o único instrumento que não contém uma câmera e será capazbaixar betsulanalisar os diferentes comprimentosbaixar betsulondabaixar betsulfontesbaixar betsulemissão muito distantes. Você pode observar 100 objetos ao mesmo tempo.

4. FGS/NIRISS (sensoresbaixar betsulalinhamento e imagensbaixar betsulinfravermelho próximo): permitirá que o telescópio seja alinhado corretamente para obter imagensbaixar betsulalta qualidade, especialmente a detecção e caracterizaçãobaixar betsulexoplanetas na faixabaixar betsul0,8 a 5 mícrons.

A resposta está na difração

Quando o James Webb registra a imagembaixar betsuluma estrela, a difração da luz (devido à geometria hexagonal do espelho primário do telescópio) é a causabaixar betsulum padrão típicobaixar betsulformabaixar betsul"estrelabaixar betsuloito pontas".

Masbaixar betsulque consiste exatamente esse fenômeno ópticobaixar betsuldifração?

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, ondasbaixar betsulluz) quando passam por uma abertura ou pelas bordasbaixar betsulum obstáculo.

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

Este fenômeno é mais evidente quando as dimensões do objeto difratado são menores ou iguais ao comprimentobaixar betsulonda 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 luzbaixar betsulIsaac Newton).

Na vida cotidiana, muitos fenômenosbaixar betsuldifração podem ser observados: se olharmos para um poste à noite atravésbaixar betsulum mosquiteiro (formado por uma malha quadrada), podemos ver uma espéciebaixar betsulcruz. Quando iluminamos um disco compacto com luz branca, apreciamos uma ampla gamabaixar betsulcores.

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

Nesses espelhosbaixar betsulgeometria circular, o padrão difrativo consistebaixar betsuluma sériebaixar betsulcírculos concêntricos, sendo o central obaixar betsulmáxima intensidade (também chamadobaixar betsul"discobaixar betsulAiry").

Para geometrias quadradas, a imagembaixar betsuldifração é formada por uma cruz. No casobaixar betsulquestão, a geometria hexagonal do espelho primário do telescópio gera uma imagembaixar betsuldifraçãobaixar betsulestrelabaixar betsulseis pontas.

O que acontece então com a imagem estreladabaixar betsuloito pontas gravada pelo James Webb?

A chave está nos suportes do espelho primário (struts,baixar betsulinglês) 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 (levandobaixar betsulcontabaixar betsulgeometria 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 fatobaixar betsulque olhando para a imagem do aglomeradobaixar betsulgaláxias SMACS 0723 encontramos galáxias novas e desconhecidas - estamos entrando nos primeiros momentos do universo.

A luz infravermelha detectada pelo James Webb levou 13 bilhõesbaixar betsulanos para alcançá-lo (a idade do universo ébaixar betsulcercabaixar betsul13,7 bilhõesbaixar betsulanos).

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 capturasbaixar betsulJames 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 áreabaixar betsulÓptica da Universidadebaixar betsulMúrcia (Espanha).

Francisco Javier Ávila Gómez é professor assistente, doutorbaixar betsulfísica aplicada (áreabaixar betsulóptica) na Universidadebaixar betsulZaragoza (Espanha).

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