Este telescópio "holográfico" poderia detectar exoplanetas por observação direta

Uma equipe de cientistas dedicada a ampliar a capacidade dos telescópios espaciais publicou um estudo mostrando uma abordagem diferente da atual. No lugar de espelhos pesados e lentes, eles usaram uma adaptação de algo conhecido como holograma de Fresnel. O resultado seria um tipo de filme plástico imenso e bastante sensível à luz e, mais importante, leve o suficiente para ser lançado ao espaço e desdobrado quando estiver em órbita.

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O principal método para descobrir um exoplaneta é o trânsito planetário — quando um mundo passa diretamente entre sua estrela e o observador (nós), ele diminui a luz da estrela. Os astrônomos podem detectar essa alteração de brilho e, analisando a assinatura espectral, eles conseguem dizer se a estrela foi realmente obscurecida por um planeta, ou algum outro tipo de objeto.

Contudo, esse método exige espectroscopia de alta resolução, ou seja, instrumentos capazes de capturar a luz de objetos muito distantes e relativamente pequenos. Isso limita bastante a busca por exoplanetas e impede encontrá-los em outras galáxias. Todos os mais de 4 mil mundos extrassolares descobertos estão em nossa própria galáxia e há poucos candidatos a planetas extragalácticos, ainda a serem confirmados.

Para melhor essa busca, cientistas do Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) criaram um telescópio espacial experimental que pode analisar diretamente os espectros de um exoplaneta — ou seja, ele poderia encontrar novos mundos através do método de observação direta. Até hoje, os astrônomos encontraram pouco mais de 51 planetas através de imagens diretas, bem menos que aqueles descobertos pelo trânsito planetário.

Apelidado de DUET, sigla para Dual Use Exoplanet Telescope, o instrumento é um holograma de Fresnel que pode transformar a luz estelar diretamente em um espectrograma. Os elementos holográficos de Fresnel são criados expondo um filme plástico sensível à luz a duas fontes de luz posicionadas a distâncias diferentes do filme. Essa técnica já permitiu a criação de lentes que podem focalizar a luz, mas sem a capacidade de separar a luz em seus diferentes comprimentos de onda.

Um espectrograma precisa que as diferentes ondas (ou cores, se preferir) de uma luz branca sejam separadas, principalmente na astronomia e na busca por exoplanetas, onde o infravermelho é fundamental, pois essa “cor” consegue atravessar objetos como nuvens densas de poeira, que a luz visível não atravessa, e revela estrelas e planetas ocultos aos olhos humanos. Por isso, a equipe do RPI precisava criar uma versão do holograma de Fresnel capaz de dividir os comprimentos de onda.

Para isso, eles usaram duas fontes de luz posicionadas próximas uma da outra, capazes de criar ondas concêntricas que podem construir ou cancelar umas às outras enquanto viajam em direção ao filme. Eles desenvolveram fórmulas matemáticas que permitem que o padrão de convergência ou interferência seja ajustado, a fim de controlar a saída do holograma. Então, o padrão da luz é registrado no filme como uma imagem “holográfica”, ou como um espectro de cores puras.

Dependendo de como a imagem está estruturada, a luz que passa pelo elemento óptico holográfico é focada ou esticada. “Queríamos esticar a luz, para podermos separá-la em diferentes comprimentos de onda. Qualquer lente Fresnel vai esticar um pouco a luz, mas não o suficiente”, disse o professor Shawn-Yu Lin. “Com nosso método, podemos ter super-resolução em uma extremidade ou supersensível — com cada cor separada”, explicou. “Quando a luz é esticada assim, a cor é muito boa, tão pura e vívida quanto possível. ”

A equipe disse no artigo, publicado na revista Nature, que essa é a primeira implementação bem-sucedida de um modelo de sistema óptico em escala para a criação de um telescópio de holograma de Fresnel. Sim espelhos e lentes de vidro convencionais, a lente é leve o suficiente para ter vários metros de diâmetro e flexível o suficiente para ser enrolada e dobrada para o lançamento, e desenrolada no espaço após a implementação.

Se colocado em prática e funcionar como a proposta sugere, o telescópio será um grande avanço em relação aos métodos atuais que detectam exoplanetas indiretamente, como é o caso do método de trânsito planetário.

O artigo está disponível para leitura no Scientific Reports, da Nature.

Fonte: Rensselaer Polytechnic Institute