Ar seco, poucas nuvens, ausência de luz artificial, mais de 2,7 mil metros de altitude e condições ideais para observações cosmológicas. É do topo de uma montanha em Cerro Pachón, no Chile, que está em funcionamento a maior câmera digital já construída para registrar sucessivas imagens do céu.
As fotografias são feitas por um telescópio do Observatório Vera C. Rubin, uma instalação de astronomia e astrofísica localizada nos limites do deserto do Atacama. O equipamento de 8,4 metros tem tecnologia inédita. Da câmera LSST de 3.200 megapixels ao design dos espelhos, tudo é diferente: velocidade, sensibilidade, infraestrutura de informática.
O projeto, popularizado como “o maior filme cósmico de todos os tempos”, vai montar mapa detalhado de bilhões de estrelas e galáxias que só podem ser vistas a partir da localização chilena. Ao longo de dez anos, os registros poderão ser observados em sequência por uma comunidade de organizações e equipes de 28 países.
De Brasília, no Centro-Oeste brasileiro, uma pesquisadora da UnB trabalha nesse levantamento que promete mudar a história do que se sabe sobre o céu austral, a metade sul do Equador celeste. Docente do Instituto de Física (IF), Mariana Penna-Lima Vitenti é colaboradora do projeto Legacy Survey of Space and Time (LSST), a principal iniciativa do observatório.
Vinculada ao Brazilian Participation Group, coletivo de pesquisadores brasileiros envolvidos no projeto, a professora atua na área da cosmologia observacional, que estuda a origem, a composição e a evolução do Universo a partir de dados astronômicos e comparações com modelos teóricos e simulações computacionais.
De forma específica, ela integra a Dark Energy Science Collaboration (DESC) do LSST, onde desenvolve modelos, métodos estatísticos e ferramentas computacionais voltados à inferência cosmológica. Pela UnB, além de Mariana, o grupo ainda conta com a participação de dois doutorandos e um pesquisador de pós-doutorado do Instituto de Física.
“Uma das coisas que eu faço é participar do desenvolvimento de códigos, que são públicos e vão ser usados pela comunidade”, explica a docente. Esses códigos são programas computacionais para processar e analisar os dados produzidos pelo observatório, contribuindo para a investigação de questões cosmológicas e astrofísicas.
No projeto, várias equipes de diferentes partes do mundo desenvolvem programas para etapas específicas fundamentais para processar o grande volume de informações produzido pelo LSST e extrair dele resultados científicos.
As ferramentas ajudam, por exemplo, a produzir catálogos de galáxias, modelar efeitos observacionais, estimar a massa dos aglomerados e comparar as observações com previsões teóricas.
INEDITISMO – O telescópio do Vera C. Rubin foi projetado para registrar cerca de 18 mil graus quadrados do céu em intervalos de poucos dias. A título de comparação, Mariana explica que o Dark Energy Survey, mapeamento feito entre 2013 e 2019 por colaboração científica internacional para investigar a energia escura e a expansão do Universo, cobriu 5 mil graus quadrados do céu. Isso representa menos de um terço da área prevista para o levantamento principal do LSST.
“É como se a gente pegasse uma câmera fotográfica e quisesse recobrir uma área enorme. O instrumento vai bloco a bloco, capturando as imagens até fazer toda a cobertura”, resume a pesquisadora.
Mariana complementa que o telescópio “registra uma parte do céu, desloca seu campo de visão e fotografa outra região, repetindo o processo até completar a área programada. Nas noites seguintes, volta aos mesmos pontos”.
Levantamentos astronômicos anteriores também produziram grandes mapas do céu, mas a professora reitera que o Rubin combinará área de cobertura, profundidade das imagens e uma frequência elevada de observações, permitindo identificar os objetos e o que mudou entre uma fotografia e outra.
Por isso não é exagero quando o projeto prevê a criação de um “filme cósmico” do céu austral. “Esses dados vão fazer um registro time-lapse do cosmos, em alta definição, abrangendo dezenas de bilhões de estrelas, galáxias e outros objetos astronômicos”, pontua a pesquisadora. A técnica fotográfica time-lapse consiste na captura de eventos lentos em intervalos regulares de tempo, reproduzindo-os posteriormente de forma acelerada.
“Esse empreendimento não só ampliará nosso conhecimento sobre o Universo visível, mas também abrirá novas janelas para a pesquisa em áreas como matéria e energia escuras, fenômenos que continuam a intrigar a comunidade científica”, destaca Mariana.
A partir das imagens capturadas, cientistas fazem observações, processam dados e realizam pesquisas, sendo que o LSST permite fazer medições tanto dos objetos mais permanentes, como as galáxias, quanto dos fenômenos transientes, aqueles que surgem, desaparecem ou se deslocam rapidamente.
No caso de asteroides e explosões de estrelas, que têm detecção quase imediata, sistemas automatizados podem emitir alertas para a comunidade científica para que outros telescópios sejam direcionados ao mesmo ponto e realizem observações complementares enquanto o fenômeno for visível.
Para objetos mais estáveis, imagens sucessivas de uma mesma região poderão ser combinadas para aumentar a quantidade e a qualidade das informações. Mariana informa que o processamento permitirá distinguir estrelas, galáxias e outros corpos, estimar suas distâncias e organizar os resultados em catálogos destinados a diferentes campos de pesquisa.
“O tratamento dos dados é feito, por exemplo, a partir da magnitude e da luminosidade dos objetos. Isso é uma estrela? É uma galáxia? É esse processamento e identificação que constrói os catálogos de estrelas, de galáxias e de aglomerados de galáxias ou que definem quem são e quais os tipos de objetos transientes que existem naquele conjunto de dados e imagens”, sintetiza.
A CIÊNCIA DAS GALÁXIAS – A pesquisa desenvolvida pela docente da UnB concentra-se nos aglomerados de galáxias, as estruturas mais massivas do Universo. Formados por dezenas ou centenas de galáxias, grande quantidade de gás e matéria escura, eles funcionam como ferramentas para testar modelos cosmológicos.
Uma das informações mais importantes para esses estudos é a massa dos aglomerados, cuja medição é complexa porque grande parte dela está associada à matéria escura, que não emite luz e não pode ser observada diretamente.
Então, o chamado lenteamento gravitacional fraco é uma das maneiras de estimar a massa dos aglomerados de galáxias. A concentração de matéria em determinado conjunto altera o percurso da luz emitida por galáxias mais distantes, localizadas atrás dele. Como resultado, suas imagens chegam à Terra com pequenas deformações.
Em uma galáxia isolada, essa distorção é pequena demais para ser medida com precisão, pois o sinal aparece estatisticamente quando se analisam muitas galáxias de fundo. Dessa forma, a intensidade desse sinal ajuda a estimar como a matéria está distribuída e qual é a massa do aglomerado.
Ao conhecer a massa com mais precisão, condição que será facilitada com as pesquisas realizadas a partir dos dados gerados pelo LSST, os cientistas podem contar quantos aglomerados de diferentes tamanhos existiram em distintas etapas da história cósmica e comparar os resultados com previsões teóricas.
A partir daí, também será possível investigar como as estruturas se formaram, como a matéria se agrupou e como a expansão do Universo influenciou esse processo.
CONHECIMENTO APLICADO – Um dos trabalhos de Mariana a partir dos catálogos de dados do observatório que já passaram por processamento é o desenvolvimento do Cluster Lensing Mass Modeling (CLMM), software de código aberto apresentado em artigo científico publicado pela Royal Astronomical Society.
Desenvolvido em Python, uma linguagem de programação de alto nível, o programa fornece instrumentos para estimar a massa de aglomerados a partir do lenteamento gravitacional fraco. O objetivo não é apenas realizar cálculos, mas assegurar que as diferentes etapas da análise adotem pressupostos compatíveis.
“Obter estimativa de massa desses objetos também é um bloquinho porque cada subgrupo desenvolve ferramentas para lidar com algum aspecto específico. É tudo um grande quebra-cabeça, com diferentes análises”, comenta Mariana.
PARTICIPAÇÃO BRASILEIRA – Ao todo, cerca de cem brasileiros de diferentes áreas estão vinculados ao projeto do LSST. “Fazer parte dessas colaborações abre potencialmente uma porta para que os pesquisadores brasileiros interajam com pessoas das mais variadas instituições e países”, opina a professora sobre a presença da Universidade de Brasília no projeto.
Além do contato com os dados produzidos pelo Rubin, o grande diferencial qualitativo para os estudos, a docente ainda destaca como positiva a inserção da UnB no centro das principais discussões da astronomia contemporânea, o intercâmbio interinstitucional de conhecimentos e a possibilidade que os estudantes têm de dar continuidade às suas trajetórias acadêmicas nos grupos parceiros.
Outro impacto é o fortalecimento das estruturas dedicadas aos estudos da cosmologia observacional no país. Um exemplo é o Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia (LIneA), que vai contribuir para o armazenamento e o acesso aos dados. Localizado no Rio de Janeiro, faz parte da contrapartida brasileira ao projeto do LSST e aproxima a comunidade nacional do material produzido pelo observatório.
Ainda está sendo construído no país um centro específico, o Independent Data Access Center (IDAC-Brasil), para se unir a uma rede global de acesso e processamento de dados e ferramentas cosmológicas. Implementado pelo INCT do e-Universo e apoiado por instituições de fomento à pesquisa e à inovação, o IDAC-Brasil irá hospedar catálogos de imagens e outros produtos necessários às análises de dados do LSST.
>> Conheça a história de Vera Rubin, cientista que dá nome ao Observatório que coordena o projeto LSST
