A China adiou o lançamento do seu Telescópio Espacial Xuntian em meio a uma corrida internacional para traçar as fronteiras da cosmologia moderna.
Agora programado para decolar do Centro de Lançamento Espacial de Wenchang, no sul da China, em meados de 2025, o Xuntian (“Survey the Heavens”) de dois metros se juntará ao telescópio espacial Euclid de 1,2 metros da Agência Espacial Europeia, que divulgou suas primeiras imagens coloridas neste mês. mês, e o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman de 2,4 metros da NASA, com lançamento previsto para meados de 2027, para pesquisar bilhões de galáxias distantes, mapear a estrutura do universo e testar teorias conflitantes sobre matéria escura e energia escura.
“Xuntian foi planejado para ser lançado até o final deste ano. A linha do tempo está agora ajustada para junho de 2025”, diz Zhan Hu, cientista do projeto do sistema de telescópios Xuntian nos Observatórios Astronômicos Nacionais da China, em Pequim. Zhan e sua equipe estão agora concluindo o trabalho em um “modelo de qualificação de engenharia” pré-voo para Xuntian que iniciará rigorosos testes de desempenho no início do próximo ano, diz ele.
Num primeiro desafio, a China está a desenvolver internamente todos os cinco instrumentos do Xuntian, diz Zhan. Ele lidera uma equipe de cerca de 100 engenheiros e cientistas de cinco institutos de pesquisa de todo o país que está trabalhando em uma câmera de levantamento de 2,6 gigapixels que será o principal instrumento do telescópio.
Xuntian é uma das instalações científicas mais importantes que a China já construiu, diz Quentin Parker, astrofísico da Universidade de Hong Kong – e isso torna o seu atraso surpreendente. “É incomum para a China porque normalmente eles não adiam as coisas. Eles têm sido excelentes em manter suas missões no caminho certo”, diz ele.
O atraso pode ter implicações importantes para a corrida tripartida para resolver os mistérios duplos da matéria escura – a cola gravitacional invisível que permite a formação de galáxias – e da energia escura – a força misteriosa mas dominante por detrás da expansão cada vez mais acelerada do nosso Universo. Juntas, a matéria escura e a energia escura constituem esmagadores 95% da massa e energia do universo, com a matéria familiar constituindo os 5% restantes. Aprender a verdadeira natureza da matéria escura e da energia escura é fundamental para a cosmologia, oferecendo potencialmente respostas a questões relativas às origens mais profundas do universo, ao destino final e a quase tudo o que está entre eles. Um lançamento posterior do Xuntian reduz a margem temporal que de outra forma poderia ter sobre o telescópio romano da NASA, diz Parker. “Uma grande vantagem de lançar antes do seu concorrente é que você ganha a primeira mordida na cereja do bolo da ciência”, acrescenta. Se as datas de lançamento do Xuntian e do Roman estiverem próximas, “haverá uma dinâmica interessante em termos de quem obterá os primeiros dados, as primeiras imagens e os primeiros resultados da pesquisa”.
Depois de décadas de espera, os astrónomos chineses estão compreensivelmente ansiosos por ter o seu próprio observatório que seja comparável ao Telescópio Espacial Hubble, afirma o astrofísico Wu Xuebing, da Universidade de Pequim, na China. Contudo, dado o design de última geração e as tecnologias de ponta da Xuntian, “o atraso não é necessariamente uma coisa má. É importante ter certeza de que tudo funciona antes de ir para o espaço”, diz Wu.
Xuntian é realmente ambicioso. Aprovada pela primeira vez em 2013 como parte dos planos da China para uma estação espacial, o conceito e design da missão evoluíram ao longo do tempo para ostentar, entre outras coisas, um campo de visão verdadeiramente panorâmico que é mais de 300 vezes maior que o do Hubble. Isto significa que o Xuntian – que às vezes também é chamado de Telescópio da Estação Espacial Chinesa – pode, com um único instantâneo, examinar uma faixa de céu que o Hubble levaria quase um ano para obter imagens e fazê-lo com aproximadamente a mesma resolução. Durante cada observação, Xuntian também vê duas vezes mais céu que Euclides e quatro vezes mais que Roman.
Sua câmera de pesquisa, equipada com detectores de dispositivos de carga acoplada com 2,6 bilhões de pixels, pretende cobrir 17.500 graus quadrados – ou 40% – de todo o céu durante sua operação planejada de uma década, a cerca de 400 quilômetros acima do solo, no mesmo período. orbita como a estação espacial chinesa Tiangong.
Observando nos comprimentos de onda do ultravioleta próximo e óptico entre 0,255 e um mícron, Xuntian será “perfeitamente complementar” a Euclides e Roman, que se concentram mais no infravermelho próximo, diz Yun Wang, cosmólogo do Centro de Processamento e Análise de Infravermelho em o Instituto de Tecnologia da Califórnia.
Todas as três missões partilham uma base metodológica comum, mapeando as distâncias e distribuições das galáxias para obter medições cósmicas mais profundas. Mas cada um irá amostrar o universo em idades diferentes, embora com alguma sobreposição. Xuntian olhará para trás no tempo e verá galáxias brilhando quando o universo tinha um terço de sua idade atual. Enquanto isso, Euclid e Roman se concentrarão em galáxias desde a metade até três quartos do caminho de volta ao longo dos quase 14 bilhões de anos de história do universo.
Mesmo quando diferentes telescópios medem exactamente a mesma coisa, ainda é crucial verificar os seus resultados, diz Jason Rhodes, astrofísico do Laboratório de Propulsão a Jacto da NASA, que trabalha tanto no Euclides como no futuro Roman. “Os efeitos que a energia escura tem nas coisas que podemos observar são pequenos em cada galáxia individual”, por isso as medições são muito exigentes – e mesmo erros instrumentais minúsculos podem produzir resultados totalmente errados, diz ele.
Xuntian, Euclid e Roman também usarão uma técnica de observação chamada lente gravitacional fraca para mapear a matéria escura, detectando pequenas distorções nas formas das galáxias. Tais distorções são causadas por aglomerados de matéria escura intervenientes que, através dos seus campos gravitacionais que distorcem o espaço-tempo, alteram subtilmente o caminho da luz das galáxias à medida que acelera em direção à Terra. Ao contrário das lentes fortes, nas quais uma galáxia massiva em primeiro plano pode esticar a luz de uma galáxia de fundo semelhante a um ponto para parecer uma curva, as lentes fracas apenas distorcem as imagens das galáxias em um milésimo ou menos da elipticidade de seu tamanho angular aparente e são extremamente desafiadoras. medir.
De acordo com Zhan, o sistema óptico de Xuntian tem uma vantagem nesse aspecto porque seu espelho secundário será colocado lateralmente, em vez de diretamente na frente do espelho primário, para evitar o bloqueio de qualquer luz que entra e a criação de padrões de difração nas imagens. Este chamado design fora do eixo distingue Xuntian de Hubble, Euclid e Roman, todos os quais usam uma arquitetura no eixo que invariavelmente projeta “picos” de difração e outros artefatos visuais nas imagens resultantes. As imagens livres de picos do Xuntian ajudarão, consequentemente, a reduzir erros na análise de lentes fracas, diz Zhan.
Embora Xuntian passe a maior parte do seu tempo a perseguir a matéria escura e a energia escura, pesquisando galáxias muito distantes, também tem uma longa lista de objetivos científicos secundários a cumprir com os mesmos dados de pesquisa e as observações de quatro outros instrumentos. Por exemplo, irá procurar exoplanetas em torno de uma amostra de estrelas próximas usando um coronógrafo que bloqueia a luz das estrelas e que pode permitir a visualização dos planetas acompanhantes de uma estrela, muito mais ténues. Além disso, o telescópio incluirá um receptor terahertz de alta sensibilidade para estudar a química de nuvens moleculares gigantes e outros objetos complexos na Via Láctea e em galáxias vizinhas; um gerador de imagens multicanal para realizar observações de campo extremamente profundo mais focadas e para monitorar fenômenos em rápida mudança, como a queda de asteróides e a detonação de supernovas; e um espectrógrafo de campo integral para sondar a física extrema da matéria girando em torno e dentro dos buracos negros.
E depois que todos os cinco instrumentos forem montados na plataforma do telescópio, haverá um espaço vazio para uso posterior por um dispositivo doméstico, estrangeiro ou desenvolvido em conjunto, instalado por astronautas da estação espacial Tiangong, diz Zhan.
Ao longo da primeira década de operações de Xuntian, vários encontros e manobras de acoplagem estão planejados entre o telescópio e a estação espacial em órbita baixa da Terra para permitir reabastecimento, manutenção e atualizações. Aprendendo com o Hubble, os arquitetos de Xuntian consideraram essa manutenção crucial para garantir a competitividade científica duradoura do observatório.
“Há muitas coisas para gostar na co-órbita”, diz Jonathan McDowell, astrônomo do Center for Astrophysics | Harvard e Smithsonian. Por exemplo, consertar ou trocar instrumentos em Euclides ou Roman seria proibitivamente difícil porque estes dois telescópios estão cada um estacionado no ponto 2 de Lagrange, uma posição entre o Sol e a Terra que fica a cerca de 1,5 milhões de quilómetros de distância do nosso planeta.
Mas a posição de Xuntian na órbita baixa da Terra também significa que o nosso planeta iminente bloqueará constantemente a sua visão de quase metade do céu, limitando a eficiência de observação do telescópio, diz McDowell. Além disso, a órbita de Xuntian fará com que o telescópio faça a transição entre o dia e a noite a cada 90 minutos ou mais, criando instabilidades térmicas que podem afetar os seus instrumentos, salienta Rhodes.
Tais questões, no entanto, podem revelar-se a menor das preocupações orbitais de Xuntian. “Minha maior preocupação com Xuntian é que, por ter um campo de visão grande e amplo e por estar abaixo [SpaceX’s] Satélites Starlink, ele verá uma quantidade enorme de trilhas de satélite Starlink em todas as suas imagens”, diz McDowell.
A equipe de Zhan usou simulações para estimar os impactos negativos que o Starlink e outras constelações de satélites terão em Xuntian. Assim que os mais de 40.000 satélites Starlink e projetos semelhantes a serem lançados em breve estiverem totalmente operacionais em órbita, diz Zahn, a câmera de pesquisa de Xuntian normalmente verá pelo menos um satélite em cada uma das exposições de 150 segundos de sua câmera principal. “Mas eles parecem ser relativamente fáceis de identificar e retirar dos dados”, acrescenta.
Até agora, a comunidade astronómica chinesa recebeu financiamento para estabelecer quatro centros que irão coordenar e apoiar a investigação de Xuntian assim que o telescópio estiver operacional. Há também doações destinadas a estudos preparatórios relacionados ao Xuntian, incluindo simulações de imagens, operações e processamento de dados do telescópio. Esses esforços de apoio profundos e de longo alcance não têm precedentes para missões espaciais na China.
“A equipe Xuntian obteve ambições técnicas e chegou até aqui”, diz Wang. Com Xuntian, Euclid e Roman a partilhar dados observacionais ou mesmo a coordenar as suas pesquisas, esperamos que em breve os cientistas imponham restrições mais fortes às teorias da energia escura. “Provavelmente não teremos a resposta definitiva, mas eles nos darão pistas para seguirmos em frente. Eu diria que podemos esperar avanços dentro de 10 anos”, diz ela.