Brasil constrói segunda maior câmera no mundo para observação astronômica

Nos próximos meses, o Observatório Astronômico de Javalambre (OAJ), na região de Aragão, na Espanha, iniciará um mapeamento do Universo observável a partir do hemisfério Norte durante quatro anos, com o objetivo de produzir um mapa tridimensional com centenas de milhões de galáxias, compreendendo um quinto de todo o céu do planeta.

Para isso, serão utilizados dois telescópios com grande campo de visão, sendo um menor – com espelho de 80 centímetros de diâmetro e uma câmera de 85 megapixels (milhões de pixels) acoplada – e um telescópio principal, com espelho de 2,5 metros de diâmetro, equipado com uma câmera de 1,2 gigapixel (bilhão de pixels), com capacidade de produzir imagens em 59 cores de cada estrela, galáxia, quasar, supernova e objeto do sistema solar observado.

Batizada de JPCam, a câmera óptica de 1,2 gigapixel será a segunda maior no mundo para uso em astronomia – a maior em operação tem 1,4 gigapixel e está instalada no telescópio Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS), da University of Hawaii. Há uma câmera ainda maior em construção, com capacidade de 3,2 gigapixels, que será utilizada no Large Synoptic Survey Telescope (LSST), mas com previsão para entrar em operação em 2022, no Chile.

Tanto a JPCam como a câmera de 85 megapixels estão sendo construídas com a participação de pesquisadores brasileiros no âmbito do Projeto Temático “O Universo em 3D: astrofísica com grandes levantamentos de galáxias”, apoiado pela FapespP.

“A JPCam possibilitará produzir imagens em 59 cores de quase cada pixel do céu observado, o que é algo absolutamente novo”, avaliou Laerte Sodré Junior, professor do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP) e coordenador do Projeto Temático.

“Existem instrumentos astronômicos que fazem isso, mas em uma região minúscula do céu e não com a quantidade de filtros de imagem que a JPCam terá. Com isso, será possível abrir uma nova janela na Astronomia”, disse Sodré à Agência Fapesp.

Os pesquisadores brasileiros são responsáveis pela parte mecânica da câmera, incluindo um dispositivo que controlará a entrada de luz e as bandejas de filtros de imagem de 14 detectores. O subsistema óptico do instrumento será construído por uma empresa inglesa contratada pela colaboração astronômica, que tem a participação de universidades e instituições de pesquisa do Brasil e da Espanha.

A participação brasileira no projeto é financiada pela Fapesp e por outras instituições de fomento à pesquisa no país. "O governo da Espanha financiou a construção do observatório e dos telescópios e o Brasil se responsabilizou pela construção das câmeras", disse Sodré.

A câmera JPCam é um dos instrumentos que pesquisadores brasileiros trabalham para desenvolver em grandes projetos de observação astronômica que entrarão em operação nos próximos anos.

Outro grupo de pesquisadores do IAG-USP, em colaboração com o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), o Observatório Nacional (ON) e o Laboratório Nacional de Astrofísica (LNA), também está desenvolvendo uma câmera de 85 megapixels que será acoplada a um novo telescópio, com espelho de 87 centímetros de diâmetro, que está sendo instalado no Observatório Internacional de Cerro Tololo, no Chile, com apoio da Fapesp.

O telescópio de Cerro Tololo mapeará durante três a quatro anos o Universo observável no hemisfério Sul e completará as observações realizadas pelo telescópio menor do Observatório Astronômico de Javalambre.

Com isso, será possível observar mais um sétimo de todo o céu, cobrindo toda a região visível do espectro eletromagnético, dizem os pesquisadores da área.

“O telescópio do Observatório Internacional de Cerro Tololo deverá começar a produzir dados já em agosto”, disse Sodré. “Esse levantamento astronômico deverá resultar em descobertas muito importantes para a astronomia”, estimou.

O pesquisador foi um dos participantes do “Workshop for Advanced Instrumentation for Astronomy”, realizado pela Fapesp em parceria com a Netherlands Organisation for Scientific Research (NWO), da Holanda, no dia 16 de março, no auditório da Fundação.

Um dos objetivos do encontro foi explorar oportunidades de colaboração entre cientistas e engenheiros do Brasil e da Holanda, em instrumentação científica avançada para Astronomia, que possam contribuir para os programas de apoio à pesquisa na área financiados pelas duas agências de fomento.

Nova era

De acordo com Sodré, os primeiros instrumentos científicos para projetos astronômicos desenvolvidos no Brasil foram para os telescópios do Observatório do Pico dos Dias, em Minas Gerais, inaugurado em 1980, e operado e mantido pelo Laboratório Nacional de Astrofísica (LNA).

A maioria dos instrumentos foi desenvolvida pelas próprias universidades e instituições de pesquisa porque até então não havia um modelo de parceria com empresas, explicou João Steiner, professor do IAG-USP.

“Naquela época não havia essa possibilidade e cada universidade e instituição de pesquisa tinha suas próprias oficinas mecânicas e eletrônicas e seus engenheiros, e desenvolviam tudo internamente. A contratação de serviços de empresas só começou na metade da década de 1980”, disse Steiner.

De acordo com os pesquisadores, uma “nova era” do desenvolvimento de instrumentação científica para projetos astronômicos foi iniciada nos anos 2000, quando foram inaugurados o Observatório Gemini – cujas operações iniciaram em 2004 com dois telescópios “gêmeos”, um nos Andes chilenos e outro no Havaí – e o Southern Observatory for Astrophysical Research (SOAR, na sigla em inglês), inaugurado nos Andes em 2005.

O Brasil conta com 6,5% de participação nas observações do Gemini, cujos telescópios têm espelhos principais com 8,1 metros de diâmetro. No SOAR, com espelho de 4,2 metros de diâmetro, a participação brasileira é de 30%. A participação de pesquisadores brasileiros nos dois observatórios se dá com financiamento da Fapesp e de outras agências de fomento à pesquisa no país.

“Apesar do sucesso científico da participação brasileira de 6,5% nas observações e 12% das publicações de artigos resultados de pesquisas realizadas no observatório em 2014, não fomos muito bem-sucedidos nas estratégias para desenvolver instrumentação científica no Gemini, mas aprendemos algumas lições sobre como não fazer determinadas coisas”, disse Steiner. “Já no SOAR, verificamos que contratar indústrias para ajudar a desenvolver instrumentos científicos é o melhor caminho.”

Os pesquisadores brasileiros colaboraram na construção de três espectrógrafos ópticos para o telescópio do SOAR.

O primeiro deles, um espectrógrafo de alta resolução espacial com unidade de campo integral, foi desenvolvido no âmbito do projeto “Construção de dois espectrógrafos ópticos para o telescópio SOAR”.

O segundo é o imageador Brazilian Tunable Filter (BTFI), desenvolvido no âmbito do projeto “O imageador tunable filter para o SOAR: Fase 1”.

E o terceiro espectrógrafo, o Steles – o primeiro de alta resolução brasileiro –, foi desenvolvido no âmbito do projeto “Construção de dois espectrógrafos ópticos para o telescópio SOAR”.

“Temos desenvolvido muitos espectrógrafos alimentados por fibras ópticas, o que fez com que ganhássemos experiência no Brasil na construção de instrumentos científicos que utilizam esse material”, disse Sodré.

“Isso também nos habilitou a participar de projetos internacionais de porte muito maior do que aqueles em que estávamos acostumados a participar”, afirmou.

Um desse grandes projetos é o de desenvolvimento do subsistema de fibras ópticas para o novo espectrógrafo do telescópio japonês Subaru, com espelho de 8,2 metros de diâmetro, em Mauna Kea, no Havaí.

O telescópio japonês realizará de 2019 a 2023 um mapeamento de galáxias com o intuito de entender a natureza da energia escura, responsável pela expansão acelerada do Universo, e aumentar o conhecimento sobre como foram formadas as primeiras aglomerações de estrelas.

Além desse projeto, pesquisadores de universidades e instituições de pesquisa brasileiras também participarão do desenvolvimento de instrumentação científica para o radiotelescópio do projeto Long Latin American Millimetric Array (Llhama), na Argentina, previsto para entrar em operação em 2021.

Outros projetos astronômicos com participação brasileira são o Cherenkov Telescope Array (CTA) – o maior observatório do mundo dedicado ao estudo de corpos celestes que emitem radiação gama, previsto para ser construído até 2020 nos hemisférios Sul e Norte – e o Giant Magellan Telescope (GMT) – um dos maiores telescópios do mundo, que começará a ser construído no Chile este ano e deverá entrar em operação em 2021.

A Fapesp investirá US$ 40 milhões no projeto, o que equivale a cerca de 4% do custo total estimado. O investimento garantirá 4% do tempo de operação do GMT para trabalhos realizados por pesquisadores de São Paulo, além de assento no conselho do consórcio.

“Há a possibilidade de indústrias brasileiras participarem da construção da cúpula do telescópio, que será uma estrutura composta por 4 mil toneladas de aço”, disse Steiner.

“Além disso, assumiremos a responsabilidade de desenvolver alguns instrumentos científicos que envolvem tecnologias muito típicas do setor aeroespacial”, afirmou.

De acordo com o professor, a participação de pesquisadores brasileiros no desenvolvimento de instrumentação científica para o GMT já estava prevista desde o início das negociações da adesão do Brasil ao projeto.

“Não basta só usar os telescópios e instrumentos científicos desenvolvidos em outros países. Temos que aprender a fazer esses instrumentos e adquirir cada vez mais experiência no desenvolvimento de tecnologias relacionadas à astronomia, mas que podem ter aplicações em outros setores”, avaliou.