ESA/Hubble e NASA, Z. Levay.
Uma nova missão de foguete suborbital está prestes a decolar para o espaço com o objetivo de entender como as explosões de estrelas que dão origem a novos sistemas estelares são fundamentais. A missão de foguete suborbital do Experimento Espectroscópico Ultravioleta de Campo Integral, ou INFUSE, será lançada a partir do White Sands Missile Range, no Novo México, em 29 de outubro de 2023, às 21h35 MDT.
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Por alguns meses a cada ano, a constelação de Cygnus (em latim, “cisne”) atravessa os céus noturnos do hemisfério norte. Logo acima de suas asas está um alvo favorito tanto para astrônomos amadores quanto para cientistas profissionais: o Loop de Cygnus, também conhecido como a Nebulosa do Véu.
O Loop de Cygnus é o remanescente de uma estrela que um dia foi 20 vezes maior que o nosso Sol. Há cerca de 20.000 anos, essa estrela colapsou sob sua própria gravidade e explodiu em uma supernova. Mesmo a 2.600 anos-luz de distância, os astrônomos estimam que o flash de luz teria sido brilhante o suficiente para ser visto da Terra durante o dia.
NASA
As supernovas fazem parte de um grande ciclo de vida. Elas espalham metais pesados forjados no núcleo de uma estrela nas nuvens de poeira e gás circundantes. Esses elementos químicos são a fonte de todos os elementos químicos em nosso universo mais pesados que o ferro, incluindo aqueles que compõem nossos próprios corpos. A partir das nuvens agitadas e dos detritos deixados por essas explosões estelares, os gases e a poeira das supernovas gradualmente se agrupam para formar planetas, estrelas e novos sistemas estelares.
“As supernovas, como aquela que criou o Loop de Cygnus, têm um grande impacto na formação das galáxias”, disse Brian Fleming, professor de pesquisa na Universidade do Colorado em Boulder e principal investigador da missão INFUSE.
O Loop de Cygnus oferece uma visão rara de uma explosão de supernova ainda em progresso. Com mais de 120 anos-luz de diâmetro, a enorme nuvem ainda está se expandindo a uma velocidade de aproximadamente 930.000 milhas por hora (cerca de 1,5 milhão de quilômetros por hora).
O que nossos telescópios capturam no Loop de Cygnus não é a explosão da supernova em si. Em vez disso, vemos a poeira e o gás superaquecidos pelo choque, que brilha enquanto esfria.
“O INFUSE observará como a supernova libera energia na Via Láctea, capturando a luz emitida quando a onda de choque colide com bolsões de gás frio flutuando pela galáxia”, disse Fleming.
Para ver essa frente de choque em seu estado efervescente, Fleming e sua equipe desenvolveram um telescópio que mede a luz do ultravioleta distante – um tipo de luz muito energética para ser vista pelos nossos olhos. Essa luz revela gás a temperaturas entre 50.000 e 300.000 graus Celsius que ainda está efervescente após o impacto.
O INFUSE é um espectrógrafo de campo integral, o primeiro instrumento desse tipo a voar para o espaço. O instrumento combina as vantagens de duas maneiras de estudar a luz: imagens e espectroscopia. Os telescópios comuns têm câmeras que se destacam na criação de imagens, mostrando de onde a luz está vindo e revelando fielmente seu arranjo espacial. Mas os telescópios não separam a luz em diferentes comprimentos de onda ou “cores” – em vez disso, todos os diferentes comprimentos de onda se sobrepõem na imagem resultante.
A espectroscopia, por outro lado, pega um único feixe de luz e o separa em seus comprimentos de onda ou espectro componentes, assim como um prisma separa a luz em um arco-íris. Esse procedimento revela todas as informações sobre o que a fonte de luz é composta, sua temperatura e como está se movendo. No entanto, a espectroscopia só pode analisar uma única fatia de luz de cada vez. É como olhar para o céu noturno através de uma fechadura estreita.
O instrumento INFUSE captura uma imagem e, em seguida, “fatiá-la”, alinhando as fatias em uma única “fechadura gigante”. O espectrômetro pode, então, espalhar cada uma das fatias em seu espectro. Esses dados podem ser reorganizados em uma imagem tridimensional que os cientistas chamam de “cubo de dados” – como uma pilha de imagens, em que cada camada revela um comprimento de onda específico da luz.
CU Boulder LASP/Brian Fleming.
“É um projeto muito empolgante para fazer parte”, disse a estudante de pós-graduação Emily Witt, também da Universidade do Colorado em Boulder, que liderou a maior parte da montagem e testes do INFUSE e liderará a análise de dados. “Com essas medidas inéditas, compreenderemos melhor como esses elementos das supernovas se misturam ao ambiente ao seu redor. É um grande passo para entender como o material das supernovas se torna parte de planetas como a Terra e até de seres humanos como nós.”
Para chegar ao espaço, a carga do INFUSE voará a bordo de um foguete de sondagem. Esses foguetes ágeis e não tripulados lançam-se ao espaço para coletar dados por alguns minutos antes de cair de volta à Terra. A carga do INFUSE voará a bordo de um foguete de sondagem Black Brant 9 de dois estágios, visando uma altitude máxima de cerca de 240 quilômetros, onde fará suas observações, antes de cair com um paraquedas e ser recuperada. A equipe espera atualizar o instrumento e lançá-lo novamente. Na verdade, partes do foguete INFUSE são reaproveitadas da missão DEUCE, que foi lançada na Austrália em 2022.
O Programa de Foguetes de Sondagem da NASA é conduzido nas instalações de voo de Wallops da agência, na Ilha de Wallops, Virgínia, que é gerenciada pelo Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, em Greenbelt, Maryland. A Divisão de Heliofísica da NASA gerencia o programa de foguetes de sondagem para a agência. O desenvolvimento da carga do INFUSE foi apoiado pela Divisão de Astrofísica da NASA.
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