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Os cientistas começaram a operar o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI) para criar um mapa 3D de mais de 30 milhões de galáxias e quasares que os ajudarão a entender a natureza da energia escura. Crédito: Marilyn Sargent / Lawrence Berkeley National Laboratory
Desde 2005, os cientistas exploram o céu noturno para criar um mapa tridimensional do nosso universo com o objetivo de lançar luz sobre um dos maiores mistérios da física: a natureza e a identidade da energia escura e da matéria escura. Esse esforço está prestes a obter uma atualização maciça com a instalação e teste bem-sucedidos do Dark Energy Spectroscopic Instrument, ou DESI.
Os cientistas instalaram recentemente o DESI no Observatório Nacional de Kitt Peak, no Arizona. O dispositivo possui 5.000 fibras ópticas, cada uma projetada para coletar luz de uma única galáxia. O DESI está permitindo que os cientistas coletem 20 vezes mais dados que as pesquisas anteriores.
Um instrumento anterior em um telescópio diferente, o instrumento Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, exigia que os colaboradores perfurassem 1.000 buracos em grandes placas de metal que continham fibras em uma configuração que correspondia exatamente à posição de galáxias conhecidas em uma pequena parte do céu noturno. Cada vez que os cientistas queriam imaginar novas galáxias, uma nova placa precisava ser perfurada e as fibras inseridas à mão.
Com o DESI, os pesquisadores relegaram o trabalho árduo de identificar os locais das galáxias para uma colméia de 5.000 tubos robóticos em forma de lápis. Os posicionadores têm uma precisão de vários micrômetros - cerca de 1/10 da largura de um cabelo humano - e são capazes de se mover por conta própria para se concentrar em galáxias distantes.
As imagens que eles tiram não são fotografias comuns. Os cientistas estão interessados no tipo de luz que as galáxias emitem. Todas as galáxias estão em movimento, principalmente afastando-se devido à expansão do universo. E a luz daqueles que se afastam de nós é esticada na parte vermelha do espectro de baixa frequência, da mesma forma que as ondas sonoras de uma sirene são esticadas quando uma ambulância passa por você.
Os cientistas podem usar esses sinais com desvio para o vermelho para criar um mapa tridimensional do nosso universo que remonta 11 bilhões de anos ao seu passado nascente. Ao analisar a distribuição das galáxias no espaço e no tempo, os cientistas podem fazer inferências sobre a natureza da matéria escura desconhecida que une as galáxias e a energia escura, que as separa.
Os pesquisadores concluíram a primeira rodada de testes nos posicionadores robóticos em novembro passado.
"Fiquei satisfeito ao ver que os posicionadores se mudaram para onde dissemos a eles quando ligamos o instrumento", disse Stephen Kent, um cientista do Fermilab do Departamento de Energia. "Com um sistema tão complexo, você nunca sabe onde pode encontrar problemas".
Um segundo marco foi alcançado em janeiro, quando os posicionadores foram apontados com precisão para mais de 2.000 estrelas simultaneamente.
"Foi nesse momento que pudemos começar a trabalhar na ciência, não apenas na engenharia", disse Kent.
Durante esta fase de teste, os pesquisadores implementaram um pacote de software chamado Platemaker, projetado por Kent e pelo cientista Eric Neilsen, no Fermilab.
O software é um elemento-chave na coreografia do movimento de todos os 5.000 posicionadores robóticos simultaneamente, especialmente porque os posicionadores às vezes podem atrapalhar uns aos outros.
"Como uma decisão de projeto do instrumento desde o início, permitimos que os robôs alcancem as zonas de patrulha um do outro", disse Joseph Silber, engenheiro do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e engenheiro líder no plano focal. "Isso significa que eles podem colidir, e não deveriam."
Desde então, Kent e sua equipe vêm ajustando o código no Platemaker para melhorar a precisão na qual os posicionadores podem ser localizados.
O software guia os posicionadores robóticos em um processo de várias etapas para localizar galáxias. Primeiro, o plano focal - uma grande estrutura metálica que mantém os posicionadores no lugar - deve ser apontado para a parte certa do céu. Assim como os antigos navegadores marítimos usariam a posição das estrelas para guiar seu caminho, 10 câmeras de alta resolução incorporadas no plano focal capturam e analisam a luz das estrelas, o que permite que os pesquisadores orientem o telescópio.
Esses movimentos para posicionar o plano focal precisam ser incrivelmente precisos para que cada fibra receba o máximo de luz possível da galáxia designada. Empurrado até um pouco fora do alvo, e a fibra será apenas parcialmente preenchida com a luz de sua galáxia. Mas quando posicionadas como projetadas, cada fibra será preenchida completamente com a luz de sua galáxia, com um fundo mínimo.
Depois que o telescópio é apontado na direção certa, os posicionadores robóticos iniciam uma valsa mecânica intrincada, espiando profundamente no céu para detectar fontes de luz muito fracas para os olhos humanos verem.
Seu alto grau de precisão leva-os até a galáxia desejada, mas o ângulo ainda pode ser um pouco pequeno para alguns. Para levá-los ao resto do caminho, a DESI possui uma câmera CCD instalada no espelho principal do telescópio, que olha para o plano focal . Os pesquisadores usam uma fonte de luz embutida para iluminar as fibras incorporadas nos posicionadores robóticos. As fibras projetam os pequenos pontos de luz resultantes para a câmera do CCD, que os imagina. O software Platemaker compara as posições das fibras nas imagens para onde elas devem ser realmente apontadas com base em gráficos estrelares detalhados de pesquisas anteriores.
O software calcula a que distância de cada posicionador está o alvo desejado, após o qual outro sistema pode movê-lo o resto do caminho em direção à galáxia designada.
"É um processo de modelagem muito complicado, que levou alguns anos para descobrir", disse Kent.
Com o trabalho mais difícil agora concluído, os pesquisadores, que atualmente trabalham com teletrabalho, planejam concluir o teste do software quando retornarem ao local.
A DESI está programada para operar por um total de cinco anos, durante os quais medirá os desvios para o vermelho de mais de 30 milhões de galáxias e quasares - um tipo de buraco negro maciço. Os cientistas podem usar essas informações para determinar se e como a concentração de energia escura mudou ao longo da história do nosso Universo.
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Fornecido pelo Fermi National Accelerator Laboratory
Fonte: Phys News / por Jerald Pinson, laboratório nacional do acelerador de Fermi/07-07-2020
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HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação World wide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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