O enorme Telescópio Gigante de Magalhães (GMT) de 25 metros não só abrirá uma nova era da astronomia terrestre, mas também receberá as primeiras imagens mais modernas do Universo, nas quais as estrelas parecerão exatamente do jeito que são, sem raios de difraçãoQuando observamos as melhores imagens do universo, nossa memória e imaginação se ativam. Podemos ver os planetas do sistema solar com detalhes surpreendentes, galáxias localizadas a milhões ou bilhões de anos-luz de distância de nós, nebulosas onde nascem novas estrelas e restos estelares que têm uma aparência estranha e fatalista do nosso passado cósmico e futuro do nosso sistema solar. Mas os objetos mais comuns nessas fotografias são estrelas que estão disponíveis em todos os lugares e em todas as direções, para onde quer que olhemos, tanto na Via Láctea quanto fora dela. E em todas as imagens, dos telescópios terrestres ao Hubble, as estrelas são quase sempre raios visíveis: este é um artefato da imagem inerente ao design dos telescópios. Estamos nos preparando para a próxima geração de telescópios, entre os quais se destaca o
Telescópio Gigante de Magalhães (GMT), de 25 metros: ele não terá os únicos
raios de difração .
O grupo compacto 31 de Hickson , filmado por Hubble, é uma bela "constelação" de galáxias, mas várias estrelas de nossa própria galáxia, destacadas por raios de difração, vêm à tona. Esses raios não serão apenas ao usar GMT.O telescópio pode ser feito de várias maneiras; em princípio, é necessário apenas coletar e focar a luz do universo em um plano. Os primeiros telescópios foram construídos de acordo com o tipo de
refratores , quando a luz que entra passa por uma lente grande e se concentra em um ponto a partir do qual pode ser redirecionada para o olho, para uma placa fotográfica ou (mais moderna) para uma matriz digital. Mas as capacidades dos refratores são fundamentalmente limitadas pelo tamanho físico das lentes da qualidade desejada. Tais telescópios não excedem um metro de diâmetro. Como a qualidade da imagem é determinada pelo diâmetro da abertura, tanto na resolução quanto na taxa de abertura, os refratores ficaram fora de moda há mais de 100 anos.
Os telescópios refletores substituíram os refratores por muito tempo, e o tamanho do espelho disponível para a criação é significativamente maior do que o disponível para lentes de qualidade semelhanteMas outro esquema - um
refletor de telescópio - pode ser muito mais poderoso. Um espelho com uma superfície bem refletida de uma forma adequada pode focalizar a luz que chega em um ponto, e o tamanho do espelho, que pode ser fundido e polido, é muito maior que o tamanho da lente máxima. Os maiores refletores de telescópios de espelho único podem atingir 8 metros de diâmetro e a segmentação de espelhos pode atingir tamanhos ainda maiores. Atualmente, o maior do mundo é o
Telescópio Canário, com um diâmetro de 10,4 m, mas na próxima década, dois (e possivelmente três) telescópios quebrarão esse recorde: o GMT de 25 metros e o
telescópio extremamente grande europeu de 39 metros, ELT.
O tamanho comparativo dos espelhos de vários telescópios existentes e projetados. Quando o GMT for lançado, ele se tornará o maior do mundo, o primeiro telescópio óptico com um diâmetro de 25 m na história, mas será eclipsado pelo ELT. Mas todos esses telescópios têm espelhos e são todos refletores.Ambos os telescópios são refletores de vários segmentos e devem fornecer imagens sem precedentes do universo. O ELT será maior em diâmetro e número de segmentos, bem como em custo, e terá que ser concluído vários anos após a turbina a gás. O CGM será menor em diâmetro e número de segmentos (embora os próprios segmentos sejam maiores), mais baratos e será concluído mais rapidamente. As etapas de sua construção são as seguintes:
- cavar um poço começou em fevereiro de 2018,
- Concrete Bay - 2019,
- construção de um edifício que proteja completamente do clima - 2021,
- entrega do telescópio - 2022,
- instalação dos espelhos principais - início de 2023,
- a primeira luz - final de 2023,
- a primeira pesquisa científica - 2024,
- a conclusão planejada da construção - 2025.
Muito em breve! Mas mesmo com um cronograma tão ambicioso, o HMT terá uma enorme vantagem óptica, e não apenas sobre o ELT, mas em geral sobre todos os refletores: as estrelas que ele disparou não terão raios de difração.
Acredita-se que uma estrela que acelere a nebulosa da bolha para os lados possa ser 40 vezes mais massiva que o Sol. Preste atenção em como os raios de difração interferem na observação de estruturas menos brilhantes próximas.Os raios que você está acostumado a ver nas imagens de observatórios como o telescópio Hubble não aparecem por causa do espelho principal, mas por causa da necessidade de reflexões sucessivas que focalizam a luz em seu alvo final. Para fazer isso, você precisa, de alguma forma, colocar e consertar o espelho secundário, focando novamente o fluxo de luz. Não há como evitar a presença de estruturas de suporte segurando o espelho secundário, e elas estão no caminho da luz. O número e a localização dos suportes determinam o número de raios - quatro para o Hubble, seis para James Webb - e podem ser vistos em todas as fotografias.
Comparação de raios de difração para diferentes posições de racks no refletor. O círculo interno é o espelho secundário, o externo é o primário; inferior mostra a configuração final dos raios.Todos os refletores de terra possuem esses raios de difração; O ELT os terá. As lacunas entre os 798º espelhos hexagonais, apesar de sua área não exceder 1% da área total do espelho, aumentarão a potência dos raios. Toda vez que fotografamos um objeto escuro, localizado sem sucesso perto de algo brilhante - uma estrela, por exemplo - esses raios de difração saem de nós. Mesmo com o uso do disparo por turno, no qual duas fotografias quase idênticas são tiradas com um leve deslocamento e uma é subtraída da outra, não será possível se livrar completamente desses raios.
O ELT, com um espelho principal de 39 metros de diâmetro, será o maior olho do mundo fixo no céu quando começar a trabalhar no início da próxima década. Este é um diagrama preliminar detalhado com a anatomia de todo o observatório [clicável]Mas o HMT, que possui sete enormes espelhos de oito metros com um central e seis espelhos simetricamente localizados ao seu redor, foi projetado de maneira brilhante para eliminar esses raios de difração. Seis espelhos externos são posicionados de modo que fendas estreitas se estendam da borda da região de coleta de luz até o espelho central. O espelho secundário é suportado por finas “pernas de aranha” dos racks, mas cada um deles está localizado exatamente acima desses slots. Como os postes não bloqueiam a luz usada pelos espelhos externos, não haverá raios na imagem.
A turbina a gás de 25 metros de altura está em construção e se tornará o maior observatório terrestre da Terra. Os postes que seguram o espelho secundário são projetados para encaixar exatamente entre os espelhos.Mas, em vez disso, nesse padrão único - no qual haverá lacunas entre os espelhos e as prateleiras cruzarão o espelho central - um novo conjunto de artefatos será observado: um conjunto de círculos que aparecem ao redor de objetos circulares (
discos Airy ) que cercam cada estrela. Esses círculos parecerão pontos vazios na imagem e aparecerão em todos os lugares devido ao layout do telescópio. No entanto, eles terão intensidade muito baixa e aparecerão por um curto período de tempo; esses círculos serão preenchidos com a imagem quando o céu e o telescópio girarem durante a noite, acumulando luz durante uma longa exposição. Após 15 minutos, o tempo mínimo, de fato, para obter uma foto decente, esses círculos desaparecerão completamente.
O núcleo do aglomerado globular Omega Centauri é uma das áreas mais densamente povoadas que contêm estrelas antigas. O HMT será capaz de distinguir mais estrelas do que nunca e sem raios de difração.Como resultado, obtemos o primeiro telescópio de classe mundial capaz de ver as estrelas como elas são - sem raios de difração! Em seu esquema, haverá pequenos compromissos, o maior dos quais consistirá em uma pequena perda de abertura. O diâmetro físico da turbina a gás será de 25,4 m, no entanto, a região coletora de luz terá um diâmetro de "apenas" 22,5 m. No entanto, uma pequena perda de resolução e abertura compensará mais as capacidades deste telescópio que a distinguem de todas as outras.
Algumas das galáxias mais distantes do Universo observável, vistas através do projeto Hubble Ultra Deep Field. A GMT poderá fotografar todas essas galáxias com uma resolução dez vezes melhor que a do Hubble.Sua resolução será de 6 a 10 milissegundos angulares, dependendo dos comprimentos de onda - é 10 vezes melhor que o Hubble e 100 vezes mais sensível que ele. Ele será capaz de examinar galáxias distantes a distâncias de dez bilhões de anos-luz, e seremos capazes de estabelecer suas curvas de rotação, procurar sinais de fusão, medir a matéria que flui deles, estudar as áreas de formação de estrelas e sinais de ionização. Poderemos ver diretamente exoplanetas do tipo Terra, incluindo o
Proxima Centaurus b , localizado a uma distância de 30 anos-luz de nós. Planetas como Júpiter serão visíveis a distâncias de até 300 anos-luz. Também mediremos os parâmetros do ambiente intergalático e a porcentagem de elementos químicos em todos os lugares que olhamos. Também podemos detectar os primeiros buracos negros supermassivos.
Quanto mais longe um buraco negro quasar ou supermassivo estiver, mais poderoso será o telescópio (e a câmera) para detectá-lo. A vantagem do HMT será a capacidade de realizar espectroscopia desses objetos ultra-distantes depois que eles forem detectados.E seremos capazes de realizar medições espectroscópicas diretas de estrelas individuais em aglomerados e ambientes densamente povoados, estudar os detalhes estruturais de galáxias próximas e observar em detalhes sistemas de duas, três e várias estrelas. Isso inclui até estrelas no centro da galáxia, localizada a 25.000 anos-luz de nós. E tudo isso, naturalmente, sem raios de difração.
A imagem demonstra uma melhoria na resolução da imagem do centro da galáxia com um tamanho angular de 5 segundos de arco - dos telescópios Keck com óptica adaptativa aos futuros telescópios como o HMT. E somente no HMT, as estrelas não terão raios de difração.Comparada ao que podemos ver hoje nos melhores observatórios do mundo, a próxima geração de telescópios terrestres abrirá uma galáxia de novas fronteiras para nós, quebrando a cobertura do mistério de um universo sem precedentes. Além de planetas, estrelas, gás, plasma, buracos negros, galáxias e nebulosas, examinaremos objetos e fenômenos inéditos. E até olharmos para eles, não saberemos exatamente quais milagres o Universo preparou para nós. Graças ao astuto e inovador projeto GMT, os objetos que perdemos devido aos raios de difração das estrelas brilhantes próximas se abrem de repente para nós. Temos que observar um universo totalmente novo, e este telescópio único nos revelará o que até agora ninguém pode ver.