Conhece o Observatório Rubin? A nova revolução na astronomia - o telescópio de 3200 pixéis que estudará o Universo

O Observatório Vera C. Rubin, situado no Cerro Pachón, nos Andes chilenos, prepara-se para assinalar um marco na astronomia com a sua câmara digital de 3200 megapixéis, a maior alguma vez construída.

observatório; imagem ilustrativa
Esta câmara será capaz de tirar uma fotografia de 30 em 30 segundos, o que significa que, num só dia, serão produzidos tantos dados como se uma pessoa visse Netflix sem parar durante três anos. (Imagem ilustrativa criada por IA)

Numa montanha no norte do Chile, os cientistas estão a montar cuidadosamente os intrincados componentes do Observatório Vera C. Rubin, financiado pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA (NSF) e pelo Gabinete de Ciência do Departamento de Energia dos EUA (DOE/SC), uma das instalações astronómicas mais avançadas da história.

Este observatório estará equipado com um telescópio inovador e com a maior câmara digital do mundo

Ao longo dos 10 anos de exploração do cosmos a partir do LSST (Legacy Survey of Space and Time), o Observatório Rubin registará 5,5 milhões de imagens do céu ricas em dados. Mais vasto e mais profundo em volume do que todos os levantamentos anteriores combinados, o LSST fornecerá uma quantidade de informação sem precedentes aos astrónomos e cosmólogos que trabalham para responder a algumas das questões mais fundamentais da ciência.

Fortemente envolvidos na Colaboração Científica da Energia Escura (DESC) do LSST, os cientistas do Laboratório Nacional de Argonne do DOE estão a trabalhar para descobrir a verdadeira natureza da energia escura e da matéria escura. Em preparação para o LSST, estão a realizar simulações cosmológicas avançadas e a trabalhar com o Observatório Rubin para moldar e processar os seus dados de modo a maximizar o potencial de descoberta.

Esta nova câmara será capaz de cobrir uma porção do céu equivalente a 40 luas cheias, em cada fotografia, e a sua velocidade permite-lhe reposicionar-se em apenas cinco segundos para a observação seguinte. Este design compacto, que combina o espelho primário e o espelho terciário numa única superfície, torna-o único na sua classe, permitindo-lhe captar imagens com elevada precisão e em tempo recorde.

Este projeto, que está em construção desde 2015, será oficialmente inaugurado em 2025, estando as primeiras observações previstas para o final desse ano. No entanto, antes da sua entrada em funcionamento definitiva, o telescópio será submetido a vários meses de testes, de construção final e de afinação.

O estudo da energia e matéria escura é uma das principais ambições deste projeto

Em conjunto, a energia e a matéria escuras constituem 95% da energia e da matéria do Universo, mas os cientistas sabem muito pouco sobre elas. Observam os efeitos da matéria escura na formação e movimento das galáxias, mas quando a procuram, parece que não está lá. Entretanto, o próprio espaço está a expandir-se cada vez mais depressa ao longo do tempo e os cientistas não sabem porquê. Referem-se a esta influência desconhecida como energia escura.

“Neste momento, não fazemos ideia de quais são as suas origens físicas, mas temos teorias. Com o LSST e o Observatório Rubin, pensamos realmente que podemos obter boas limitações sobre o que poderá ser a matéria escura e a energia escura, o que ajudará a comunidade a seguir direções mais promissoras.”

Katrin Heitmann, diretora-adjunta da divisão de Física de Altas Energias (HEP) do Argonne.

É importante que os cientistas encontrem formas de mapear as suas teorias para assinaturas que o estudo possa realmente detetar. Por exemplo, qual seria o aspeto atual do Universo se a matéria escura tivesse uma temperatura ligeira, ou se a energia escura fosse super forte logo após o início do Universo? Talvez algumas estruturas ficassem mais difusas, ou talvez as galáxias se aglomerassem de uma determinada forma.

As simulações podem ajudar os investigadores a prever que caraterísticas aparecerão efetivamente nos dados reais do LSST que indicariam que uma determinada teoria é verdadeira.

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Para efetuar as suas simulações, os cientistas da Argonne utilizam os recursos computacionais da Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), uma instalação do DOE Office of Science. (Imagem criada por IA)

As simulações também permitem que a colaboração valide o código que será utilizado para processar e analisar os dados. Por exemplo, em conjunto com o LSST DESC e a colaboração por detrás do Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA, os cientistas de Argonne simularam recentemente imagens do céu noturno tal como cada telescópio o verá na realidade. Para garantir que o seu software funciona como pretendido, os cientistas podem testá-lo com estes dados de imagem limpos e simulados antes de começarem a processar a imagem real.

Como parte do LSST DESC, os cientistas da Argonne estão atualmente a trabalhar com o Observatório Rubin para garantir que os dados são processados da forma mais adequada aos seus objetivos científicos. Por exemplo, o físico da Argonne, Matthew Becker, trabalha em estreita colaboração com o Projeto Rubin para desenvolver algoritmos para o processamento de dados que permitirão investigar a matéria e a energia escuras através de um fenómeno chamado lente gravitacional fraca.

Os dados obtidos com este observatório serão tantos que seriam precisos 11 mil anos a ver Netflix para utilizar semelhante quantidade.

As lentes gravitacionais fracas podem revelar como a estrutura do Universo se alterou ao longo do tempo, o que pode esclarecer a natureza da energia escura. O desafio é que os sinais que indicam lentes gravitacionais fracas nos dados do LSST serão fracos. A força do sinal que os cientistas procuram será cerca de 30 vezes menor do que o nível esperado de ruído, ou perturbação indesejada do sinal, nos dados.

Isto significa que os cientistas precisam de muitos dados para garantir que as suas medições são exatas, e estão prestes a obtê-los. Uma vez concluído, o LSST terá gerado 60 petabytes de dados de imagem, ou seja, 60 milhões de gigabytes. Seriam precisos mais de 11 mil anos a ver Netflix para utilizar essa quantidade de dados.