Telescópio Nancy Grace Roman vai explorar o Universo infravermelho

Um novo telescópio espacial que irá explorar o Universo no seu espectro infravermelho foi colocado em órbita por um foguetão Falcon Heavy, a 30 de Agosto de 2026.

O lançamento do Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, da NASA, teve lugar às 1125:49UTC e foi realizado pelo foguetão Falcon Heavy-13 (B1104.1, B1105.1, B1072.3) a partir do Complexo de Lançamento LC-39A do Centro Espacial Kennedy, Ilha de Merrit, Florida.

O estágio central B1105 do lançador foi descartado, com o estágio B1104 (na sua 1ª missão) a ser recuperado na Zona de Aterragem LZ-40 e com o estágio B1072 (na sua 3.ª missão) a ser recuperado na Zona de Aterragem LZ-2 (ambas no cabo Canaveral SFS, Florida).

O telescópio Nancy Grace Roman

O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA, nasceu do conceito WFIRST-AFTA (Wide-Field Infrared Survey Telescope – Astrophysics Focused Telescope Assets) após uma decisão da agência espacial norte-americana de reutilizar um espelho doado pelo National Reconnaissance Office (NRO) para fins civis.

O telescópio Nancy Grace Roman irá combinar um amplo campo de visão com uma visão infravermelha nítida para digitalizar vastas e profundas áreas do céu. Esta missão pioneira foi concebida para ajudar os astrónomos a explorar a matéria escura, a energia escura e os exoplanetas. Uma vez que cada levantamento do Roman irá amostrar um volume tão grande do cosmos, a missão também oferecerá oportunidades praticamente ilimitadas para os astrónomos conduzirem uma vasta gama de pesquisas científicas adicionais. Desde objectos no nosso Sistema Solar exterior e estrelas em explosão a buracos negros em crescimento e galáxias aos milhares de milhões, muito pouco estará fora do alcance do Roman. Os dados do Roman serão disponibilizados ao público assim que forem processados, permitindo que muitas equipas os analisem em simultâneo.

O telescópio Roman orbitará a 1,6 milhões de quilómetros de distância, no segundo ponto de Lagrange Sol-Terra (L2), a mesma órbita do Telescópio Espacial James Webb da NASA. No ponto L2, a gravidade do Sol e da Terra, juntamente com o movimento de um objecto em torno do Sol, permite que este se mantenha alinhado com a Terra durante a órbita, sendo possível ao Roman ter uma órbita relativamente estável sem consumir muito combustível. Esta localização também oferece um desempenho óptico excepcionalmente estável e uma visão constante e desimpedida de uma ampla faixa do céu; a Terra não bloqueará grande parte da visão do telescópio, uma vez que estará muito longe. Além disso, noponto L2, o calor da Terra, do Sol e da Lua tem menos efeito nos telescópios de infravermelhos, que “vêem” o calor. Tal como o Webb, o telescópio Roman descreverá uma grande órbita em torno do ponto L2 — muito maior do que a órbita da Lua em torno da Terra — e os dois serão facilmente mantidos a uma grande distância um do outro.

O telescópio Roman terá uma missão primária de cinco anos e foi concebido para suportar uma missão prolongada adicional de cinco anos. O combustível deverá ser o recurso limitante da missão e, embora a NASA não tenha actualmente capacidade para abastecer observatórios no L2, o Roman foi concebido para ser reabastecível.

O telescópio enviará aproximadamente 1,4 terabytes de dados por dia para estações terrestres no Novo México, Austrália e Japão. Estes locais estão dispersos para que a equipa da missão possa comunicar constantemente com o telescópio.

Instrumentação

O telescópio Roman está equipado com um instrumento principal denominado “Wide Field Instrument” e um instrumento de demonstração tecnológica denominado “Coronagraph Instrument“. Muitos telescópios são concebidos para focar a luz incidente em direcção a um ponto central, de modo a que a imagem seja mais nítida no centro. Devido ao design óptico do Roman, este irá captar mais detalhes num anel ao redor do centro. Os detectores do Wide Field Instrument estão dispostos em forma de arco para se posicionarem ao longo de parte deste anel. Este design permite ao Roman captar uma área muito maior com imagens igualmente nítidas e também possibilita que ambos os instrumentos operem em simultâneo.

Wide Field Instrument

O Wide Field Instrument (WFI) é uma câmara de infravermelhos de 300 megapixéis que dará ao telescópio Roman a mesma resolução angular do Hubble, mas com um campo de visão pelo menos 100 vezes maior. Utilizando este instrumento, cada imagem do telescópio irá captar uma porção do céu maior do que o tamanho aparente de uma lua cheia. A missão irá recolher dados até 1.000 vezes mais rápido do que o Hubble, totalizando até 20.000 terabytes (20 petabytes) ao longo da sua missão primária de cinco anos.

Os seus abrangentes levantamentos cósmicos ajudarão os cientistas a descobrir novas informações sobre planetas para além do nosso Sistema Solar, a desvendar mistérios como a energia escura e a mapear como a matéria está estruturada e distribuída por todo o cosmos. A visão ampla e nítida da missão produzirá um recurso extraordinário para uma vasta gama de investigações adicionais.

A nossa compreensão do cosmos cresceu exponencialmente nas últimas décadas, no entanto muitos mistérios ainda permanecem. Tal como a câmara gigante da nave espacial, o WFI ajudará a preencher estas lacunas, observando o espaço profundo e sondando regiões poeirentas, incluindo o núcleo estrelado da nossa galáxia, a Via Láctea. Os abrangentes levantamentos infravermelhos do WFI revelarão inúmeros corpos celestes e fenómenos que seriam difíceis ou impossíveis de encontrar de outra forma.

Os 18 detetores no coração do instrumento vão viabilizar toda a ciência da missão, convertendo a luz das estrelas em sinais elétricos, que serão depois descodificados em imagens de alta resolução de grandes áreas do céu. Como o WFI possui um campo de visão tão vasto, cada imagem fornecerá uma riqueza de informações. Os cientistas poderão realizar pesquisas rapidamente, algo que levaria centenas de anos com outros telescópios.

Os dados recolhidos permitirão aos cientistas descobrir informações novas e excepcionalmente detalhadas sobre os sistemas planetários em torno de outras estrelas. O instrumento irá mapear a forma como a matéria está estruturada e distribuída por todo o cosmos, o que poderá, em última análise, permitir aos cientistas descobrir o destino do universo.

O WFI foi concebido para detectar a ténue luz infravermelha proveniente de todo o Universo. A luz infravermelha é observada em comprimentos de onda maiores do que o olho humano consegue detectar. A expansão do Universo estica a luz emitida por galáxias distantes, fazendo com que a luz visível ou ultravioleta pareça infravermelha quando chega até nós. Estas galáxias distantes são difíceis de observar a partir da Terra porque a atmosfera terrestre bloqueia alguns comprimentos de onda infravermelhos, e a atmosfera superior brilha intensamente o suficiente para ofuscar a luz destas galáxias distantes.

Ao ir para o espaço e utilizar um telescópio do tamanho do Hubble, o WFI terá sensibilidade suficiente para detectar luz infravermelha a distâncias maiores do que qualquer telescópio anterior. Isto ajudará os cientistas a obter uma nova visão do universo que poderá contribuir para a solução de alguns dos seus maiores mistérios, um dos quais é a forma como o universo se tornou naquilo que é hoje.

O Coronógrafo

O Coronógrafo é um sistema de óptica, máscaras, espelhos auto-reflectivos e sensores concebido para demonstrar as tecnologias mais avançadas já encontradas no espaço para a obtenção de imagens directas de planetas em redor de outras estrelas. Bloqueará o brilho das estrelas e permitirá aos cientistas ver a ténue luz refletida dos planetas em órbita à sua volta. O objetivo do Coronógrafo é fotografar mundos e discos de poeira em torno de estrelas próximas em luz visível, para nos ajudar a observar mundos gigantes mais antigos, mais frios e em órbitas mais próximas do que os super-Júpiteres jovens e quentes que foram revelados até agora através de imagens directas.

A equipa do Coronógrafo realizará uma série de observações pré-planeadas durante um total de três meses, distribuídas ao longo do primeiro ano e meio de operações da missão.

O telescópio Roman pesa cerca de 8.000 kg (massa seca) – aproximadamente a massa de um Tyrannosaurus rex e com todos os componentes totalmente implantados, tem mais de 12,7 metros de comprimento e mais de 4,4 metros de largura – aproximadamente o tamanho de um autocarro turístico.

Com 2,4 metros de diâmetro e 186 kg, o espelho primário do Roman tem o mesmo tamanho do espelho principal do Telescópio Espacial Hubble, mas pesa menos de um quarto do peso graças aos grandes avanços tecnológicos. O espelho primário do Roman foi concebido e construído pela L3Harris Technologies em Rochester, Nova Iorque.

O conjunto de detectores do WFI possui 18 detectores do tamanho de um biscoito salgado. Cada um tem cerca de 16,8 milhões de minúsculos pixéis, totalizando 300 milhões, o que proporciona à missão uma resolução de imagem excepcional. Cada detector é composto por milhões de fotodíodos de mercúrio-cádmio-telúrio (sensores que convertem a luz em corrente elétrica), um por cada pixel. Os detectores estão fixos a uma placa electrónica de silício que ajudará a processar os sinais de luz utilizando índio, um metal macio com uma consistência semelhante à da pastilha elástica. Juntos, estes detectores ultrassensíveis podem captar vastas áreas do céu numa única imagem, revelando detalhes incrivelmente finos, permitindo ao Roman mapear o cosmos com mais rapidez e precisão do que nunca. Os técnicos do Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA, em Greenbelt, Maryland, e da Teledyne Scientific & Imaging, em Camarillo, Califórnia, desenvolveram o conjunto de detectores.

A antena parabólica de alto ganho de fibra de carbono tem 1,7 metros de diâmetro, aproximadamente a altura de um frigorífico, mas pesa apenas 10,9 kg. O seu tamanho avantajado ajudará o telescópio a enviar sinais de rádio através de 1,6 milhões de quilómetros de espaço até à Terra. A antena de banda dupla, alimentada por dois componentes electrónicos de radiocomunicação de alta potência produzidos pela Thales Alenia, em França, utilizará uma gama de frequências para receber comandos e enviar informações sobre o estado e a localização da nave espacial. A outra gama de frequências será utilizada para transmitir um grande volume de dados até 500 megabits por segundo. A antena foi produzida pelo Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA e pela Applied Aerospace Structures Corporation (AASC), em Stockton, Califórnia.

O Observatório Roman possui 454 kg de cabos eléctricos, compostos por cerca de 32.000 fios e 900 conectores, distribuídos por toda a sua estrutura. Se os fios fossem colocados em linha recta, teriam uma extensão de 72 km (oito vezes a altura do Monte Evereste). Funcionando como o “sistema nervoso” do Roman, a cablagem permite que diferentes partes do observatório comuniquem entre si, fornece energia e auxilia o computador central a monitorizar o funcionamento do observatório através de uma série de sensores.

Os seis painéis solares disponíveis medem cerca de 2 por 3 metros cada. Juntos, fornecerão um total de 4 quilowatts de energia, o que é aproximadamente a mesma taxa que um sistema modesto de painéis solares em telhados produz durante o dia. Os painéis estão cobertos por um total de 3.902 células solares que converterão a luz solar directamente em electricidade, de forma semelhante à conversão da luz solar em energia química pelas plantas. Quando minúsculos fragmentos de luz, chamados fotões, atingem as células, parte da sua energia é transferida para os eletrões no interior do material. Este estímulo excita os electrões, que começam a mover-se mais ou saltam para níveis de energia mais elevados. Numa célula solar, os electrões excitados criam eletricidade ao libertarem-se e ao moverem-se através de um circuito, como a água que flui através de um cano. Os painéis são concebidos para canalizar essa energia para alimentar o observatório.

O Roman irá transmitir 1,4 terabytes de dados científicos em bruto – quase o suficiente para encher o disco rígido de um computador de gaming padrão – todos os dias. Este é o maior volume de dados de qualquer missão de astrofísica da NASA até à data. Ao longo da sua missão principal de cinco anos, os dados processados ​​de Roman totalizarão 20.000 terabytes (20 petabytes).

Os dados da missão serão disponibilizados ao público assim que forem tratados, sem períodos de acesso exclusivo. Isto garante que vários cientistas e equipas podem utilizar os dados em simultâneo, o que é importante, dado que cada observação do Roman irá abordar uma vasta gama de questões científicas. Devido ao imenso volume de dados da missão, a maior parte da investigação científica será realizada através de uma plataforma de computação em nuvem chamada “Roman Nexus”, utilizando ferramentas online em vez de downloads individuais. Assim, em vez de descarregar e armazenar os conjuntos de dados completos localmente, os investigadores acederão e analisarão produtos de dados seleccionados online.

O custo total do ciclo de vida para desenvolver, lançar e operar o Telescópio Roman, de acordo com o atual planeamento orçamental da NASA, é de aproximadamente 4,3 mil milhões de dólares.

Objectivos científicos da missão

Forças estranhas estão em ação por todo o Universo. As estrelas giram em torno das margens das galáxias tão rapidamente que deveriam desprender-se, mas permanecem presas por alguma âncora invisível. E por todo o Cosmos, as galáxias estão a afastar-se umas das outras cada vez mais depressa, quando os astrónomos esperavam que estivessem a abrandar.

Entretanto, na busca de outros mundos, os sistemas planetários como o nosso continuam a ser muito difíceis de detectar. A maioria dos milhares de exoplanetas conhecidos atualmente são gigantescos ou orbitam vertiginosamente perto da sua estrela hospedeira, ou ambos. Os astrónomos estão ansiosos por descobrir quão comuns são os mundos semelhantes à Terra. O Roman foi concebido para explorar todos estes mistérios e, ao fazê-lo, irá recolher uma enorme quantidade de dados que os astrónomos poderão explorar para uma grande variedade de outros fins também.

Matéria escura

O Universo está repleto de sombras cujas silhuetas sugerem a presença de uma estranha forma de matéria. Comporta-se de certa forma como uma corrente oceânica, guiando invisivelmente tudo o que está dentro dela. Os cientistas estão numa caça a este fantasma cósmico para o encontrar e estudar há mais de 80 anos, após algumas descobertas intrigantes.

Em primeiro lugar, o astrónomo suíço-americano Fritz Zwicky observou que as galáxias do enxame de Coma estavam a mover-se tão rapidamente que deveriam ter sido expelidas para o espaço — no entanto, permaneciam gravitacionalmente ligadas ao enxame por matéria invisível. Depois, na década de 1970, a astrónoma norte-americana Vera Rubin descobriu o mesmo tipo de problema em galáxias espirais individuais. As estrelas em direção à orla da galáxia movem-se demasiado depressa para serem mantidas pela matéria luminosa da galáxia. É como se alguém tivesse cortado todas as cordas de um baloiço de um parque de diversões, mas os baloiços continuassem a rodar normalmente.

Estas observações sugerem que deve haver mais matéria do que aquela que podemos ver nestas galáxias e enxames de galáxias para manter as estrelas e as galáxias em órbita – muito mais. Os triliões de estrelas, planetas, galáxias e outros objectos visíveis espalhados pelo cosmos representam apenas cerca de um quinto da matéria do universo. O restante é chamado de “matéria escura”, uma vez que só podemos vê-la através dos seus efeitos gravitacionais sobre a matéria visível.

Esta matéria misteriosa está a expor falhas na nossa compreensão do cosmos. O nosso modelo padrão de cosmologia – uma estrutura matemática que descreve como o universo evolui ao longo do tempo – não consegue preencher completamente a lacuna entre como era o Universo quando era muito jovem e como é agora. Pequenas flutuações na radiação cósmica de fundo em micro-ondas – o brilho residual do nascimento do Universo — registam a forma como a matéria estava distribuída no início do universo, e o padrão destas flutuações só pode ser explicado se a maior parte da matéria do Universo for matéria escura invisível. A quantidade de matéria escura inferida do Universo primordial concorda bem com muitas observações atuais. Mas surgiram algumas discrepâncias, como diferenças na taxa de expansão do Universo medida e na forma como a matéria se agrupa em grandes escalas, o que pode indicar que está em ação uma nova física.

Embora os cientistas já tenham observado evidências da sua existência há muito tempo, a verdadeira natureza da matéria escura continua a ser um dos enigmas não resolvidos da física moderna. Atualmente, existe uma vasta gama de candidatos a matéria escura, desde WIMPs – Weakly Interacting Massive Particles (Partículas Massivas de Interação Fraca) – partículas hipotéticas grandes, pesadas e de movimento lento – até buracos negros primordiais, que se podem ter formado logo após o nascimento do Universo com uma enorme variedade de massas.

A missão do Roman ajudará a restringir os candidatos, fornecendo o mapa 3D mais abrangente da distribuição de galáxias e enxames de galáxias em todo o universo. A missão irá conduzir os estudos mais detalhados sobre a matéria escura já realizados, graças aos efeitos gravitacionais da matéria escura.

O Roman estudará como evoluiu a teia de matéria do Universo, medindo a forma como a gravidade curva subtilmente o percurso da luz em vastas distâncias — um fenómeno chamado lente gravitacional. Este efeito ocorre porque tudo o que tem massa deforma o espaço-tempo, o tecido subjacente do universo. O Roman dará continuidade a estudos anteriores sobre a matéria escura, utilizando a chamada lente gravitacional fraca para rastrear como os aglomerados mais pequenos de matéria escura distorcem as formas aparentes das galáxias mais distantes.

No total, a missão irá medir a localização e a quantidade de matéria normal e matéria escura em centenas de milhões de galáxias. Ao longo da história cósmica, a matéria escura tem impulsionado a formação e a evolução das estrelas e das galáxias. Se a matéria escura for composta por partículas pesadas e lentas, aglomerará facilmente e o Roman poderá observar a formação de galáxias no início da história cósmica. Se a matéria escura for composta por partículas mais leves e de movimento mais rápido, levará mais tempo a aglomerar-se e para que se desenvolvam estruturas de grande escala. Se os astrónomos conseguirem identificar os candidatos a partículas de matéria escura, estaremos um passo mais perto de finalmente as detetar diretamente em experiências na Terra.

Energia escura

Imagina que plantava uma flor e, em vez de o seu crescimento diminuir à medida que atingia a sua altura máxima, de repente brotou como o pé de feijão do João no conto de fadas clássico. Ou imagina se atirasse uma bola de basebol para o ar e, em vez de cair, esta disparasse ainda mais depressa, como se estivesse equipada com uma mochila a jato invisível? Isto é semelhante ao que os astrónomos descobriram sobre a expansão do Universo.

Depois do Big Bang ter lançado o conteúdo do Universo para longe, os cientistas pensaram que a expansão iria diminuir gradualmente. Mas, em vez disso, as galáxias estão a afastar-se a uma velocidade cada vez maior, sendo despedaçadas por uma força invisível chamada energia escura.

Todas as estrelas da nossa galáxia, as partículas do nosso planeta e até os átomos dos nossos corpos se desintegrariam imediatamente se não fossem mantidos unidos por forças mais poderosas. Embora fraca em pequenas escalas, a energia escura domina vastas extensões do cosmos. Compõe cerca de 68% do conteúdo total do Universo, mas até agora não sabemos muito mais sobre ela. De certa forma, o mistério tornou-se ainda mais complexo à medida que aprendemos mais — as observações mais recentes e detalhadas parecem mostrar que esta estranha pressão está a mudar ao longo do tempo, mantendo o destino do Universo em jogo.

Quando o telescópio Roman abrir os seus olhos para o cosmos, utilizará diversas técnicas para sondar a energia escura. O Roman estudará como evoluiu a teia da matéria do Universo, medindo como a gravidade curva subtilmente a trajectória da luz a vastas distâncias. Esta distorção, chamada lente gravitacional fraca, ajudará os astrónomos a criar um mapa tridimensional da matéria escura. Isto também nos ajudará a compreender a energia escura, pois a matéria escura actua como uma força de resistência, contrabalançando a expansão do Universo; a sua gravidade atrai e a energia escura empurra. Os astrónomos estudarão como cada força influenciou a evolução cósmica, o que poderá ajudá-los a descobrir como e por que razão a energia escura está a acelerar a expansão do Universo.

O Roman estudará também o mistério detectando milhares de estrelas em explosão, chamadas supernovas, em vastas extensões de tempo e espaço. Uma categoria especial denominada supernovas do “tipo Ia” atinge o pico com aproximadamente o mesmo brilho intrínseco. Isto significa que os cientistas podem encontrar a sua distância com uma fórmula simples.

De seguida, os astrónomos comparam a distância da galáxia com a sua taxa de recessão. Esta informação provém de padrões de comprimento de onda detalhados chamados espectros. Se um objecto se afasta de nós, a sua luz é deslocada para a extremidade vermelha do espectro, ou seja, sofre um “desvio para o vermelho”. Quanto maior for o grau de desvio para o vermelho, mais rapidamente uma galáxia se está a afastar. Os astrónomos utilizarão este fenómeno para criar um mapa 3D de todas as galáxias medidas dentro da área de pesquisa, até cerca de 11,5 mil milhões de anos-luz de distância. A comparação das distâncias das galáxias com as suas taxas de recessão durante diferentes épocas cósmicas oferece pistas sobre como a energia escura pode ter mudado ao longo do tempo.

O Roman também investigará a energia escura detectando vestígios de ondas sonoras, chamadas oscilações acústicas bariónicas. Muito antes da formação das primeiras estrelas e galáxias, o cosmos estava preenchido por um mar de plasma (partículas carregadas) que formava um fluido denso e quase uniforme. Era tão quente que as partículas não se conseguiam manter unidas quando colidiam – simplesmente ricocheteavam umas nas outras. A alternância entre a força da gravidade e este efeito repulsivo criou ondas de pressão – som – que se propagaram pelo plasma. Isto criou ondulações onde se acumulava um pouco mais de matéria. Acabaram por se formar mais galáxias ao longo destas ondulações do que noutros locais, e os anéis estenderam-se à medida que o Universo se expandiu. Comparando o tamanho dos anéis em diferentes eras cósmicas, os astrónomos podem explorar como o universo se expandiu ao longo do tempo.

Cada uma destas medições leva-nos a novos regimes de exploração. Os dados sem precedentes do Roman vão aproximar-nos mais do que nunca da descoberta das forças invisíveis em ação no universo.

Exoplanetas

Em pouco mais de uma geração, passámos de conhecer apenas o nosso próprio Sistema Solar à descoberta de milhares de mundos mais distantes, chamados “exoplanetas”. À medida que novas descobertas de exoplanetas continuam a surgir, os cientistas estão a construir um catálogo cada vez mais completo dos mundos que povoam a nossa galáxia. O telescópio Roman utilizará três métodos (microlentes gravitacionais, trânsitos e imagens diretas) numa busca abrangente que deverá revelar cerca de 100.000 novos exoplanetas — um salto impressionante em comparação com os quase 6.200 atualmente conhecidos.

Serão monitorizadas centenas de milhões de estrelas, procurando pequenos aumentos de luz estelar que sinalizam um evento de microlente gravitacional. Este fenómeno de curvatura da luz ocorre quando duas estrelas se alinham de perto do nosso ponto de vista. A luz da estrela mais distante curva-se ao viajar pelo espaço-tempo distorcido causado pela massa da estrela mais próxima. Se o alinhamento for especialmente próximo, a estrela mais próxima actua como uma lente cósmica, focando e ampliando a luz da estrela de fundo. Os planetas que orbitam a estrela em primeiro plano podem também modificar a luz da estrela distante, actuando como as suas próprias pequenas lentes. Os astrónomos veem o efeito como um pico no brilho da estrela.

A microlente gravitacional é especializada em encontrar planetas como os do nosso Sistema Solar – mundos tão leves como Marte na zona habitável da sua estrela ou mais distantes. Tais planetas são actualmente extremamente difíceis de detectar, mas os astrónomos esperam encontrar muitos mais em breve, uma vez que Roman encontrará mais de 1.000 planetas por microlente gravitacional.

Os cientistas vão também analisar o mesmo conjunto de dados em busca do efeito oposto — pequenas quedas na luz das estrelas causadas por um planeta que passa em frente à sua estrela hospedeira, ou seja, que transita por ela. O método de trânsito é o mais eficaz para encontrar planetas grandes a orbitar muito perto das suas estrelas hospedeiras, uma vez que bloqueiam a maior parte da luz estelar. Espera-se que o Roman encontre cerca de 100.000 destes mundos gigantescos e húmidos, aumentando drasticamente o catálogo de planetas conhecidos.

Os astrónomos poderão também estudar as atmosferas de talvez alguns milhares dos planetas em trânsito que o Roman encontrar. Os sistemas planetários com planetas em trânsito muito grandes podem apresentar dois episódios de escurecimento – um quando o planeta passa em frente à estrela e um segundo, mais pequeno, quando passa por trás dela. Ao acompanhar como o brilho do planeta muda ao longo da sua órbita, o Roman irá medir os padrões de temperatura e o comportamento climático de milhares de planetas.

O observatório Roman vai também testar novas tecnologias de imagem direta para fotografar mundos e discos de poeira em torno de estrelas próximas com uma sensibilidade até mil vezes superior à possível com outros observatórios. O Roman utilizará o seu instrumento coronógrafo para obter imagens de mundos em luz visível, o que permitirá identificar planetas mais pequenos, mais antigos e mais frios do que os normalmente revelados por imagens diretas, aproximando-nos gigantescamente da obtenção de imagens de planetas como a Terra.

Astronomia adicional

A conceção de uma missão capaz de realizar a ciência indicada acima dá-nos uma ferramenta poderosa que também pode executar uma vasta gama de outras pesquisas científicas. Mesmo apenas sondar a matéria escura, a energia escura e os exoplanetas tão minuciosamente como o Roman o fará, fornece automaticamente aos astrónomos um tesouro de dados que podem analisar para muitos outros fins. Isto inclui descobrir e caracterizar planetas errantes, buracos negros isolados, sismos estelares, explosões de kilonovas, nebulosas, vazios cósmicos, o meio interestelar, correntes estelares, discos de formação planetária em torno de estrelas próximas e muito mais.

O telescópio Roman utilizará três modos principais de observação. Os seus levantamentos no domínio do tempo irão digitalizar repetidamente grandes extensões do céu, e a junção das observações criará filmes que revelarão todos os tipos de fenómenos cósmicos, como estrelas a explodir ou a piscar. Os astrónomos encontrarão miríades de planetas e sondarão a energia escura utilizando dados do domínio do tempo. A espectroscopia do Roman – o estudo da informação sobre a cor na luz – vai ajudar os cientistas a medir as distâncias e as propriedades de milhões de galáxias. Isto revelará como o cosmos evoluiu quando o Universo tinha apenas entre 2 e 3 mil milhões de anos – um território inexplorado na estrutura cósmica de grande escala. A astrometria da missão irá rastrear com precisão as posições e o movimento das estrelas, especialmente em regiões obscurecidas pela poeira na nossa Via Láctea. Isto irá ampliar o nosso mapa de galáxias, obtido pela missão Gaia da ESA (agora desativada), muito mais profundamente no centro galáctico congestionado.

Levantamentos Principais

O telecópio Roman ajudará a inaugurar uma nova era de levantamentos cósmicos sem precedentes. A sua visão panorâmica e nítida do espaço, combinada com altas velocidades de levantamento, oferece aos astrónomos a oportunidade de estudar o Universo como nunca antes. Os três levantamentos principais da missão – o Levantamento de Área Ampla em Altas Latitudes (High-Latitude Wide-Area Survey), o Levantamento de Domínio Temporal em Altas Latitudes (High-Latitude Time-Domain Survey) e o Levantamento de Domínio Temporal do Bojo Galáctico (Galáctic Bulge Time-Domain Survey) – foram definidos através de um processo aberto conduzido pela comunidade científica e representarão um máximo de 75% do tempo de observação da Roman durante a sua missão primária de cinco anos. A maior parte do restante será alocada a observações adicionais, os levantamentos astrofísicos gerais, que ainda estão a ser desenvolvidos pela comunidade científica. Estes programas de observação são concebidos para investigar alguns dos mistérios mais profundos da astrofísica, ao mesmo tempo que possibilitam uma exploração cósmica abrangente que irá revolucionar a nossa compreensão do universo.

O maior programa de observação do Observatório Roman, o High-Latitude Wide-Area Survey (ALWA), vai combinar o poder da imagem e da espectroscopia para revelar mais de mil milhões de galáxias espalhadas por uma vasta extensão do tempo cósmico. O Roman consegue observar muito para além do plano poeirento da nossa galáxia, a Via Láctea (é isto que significa a parte “alta latitude” do nome do levantamento), olhando para cima e para fora da galáxia, em vez de através dela, para obter a visão mais nítida do cosmos distante.

A distribuição e as formas das galáxias nas enormes e profundas imagens obtidas ajudarão os astrónomos a compreender a natureza da energia escura e como a matéria escura invisível influencia a evolução da estrutura do nosso universo. Os investigadores também passaram dois anos a discutir formas de expandir a gama de tópicos científicos que podem ser estudados utilizando o mesmo conjunto de dados. Isto inclui o estudo da evolução das galáxias, da formação estelar, dos vazios cósmicos, da matéria entre galáxias e muito mais.

O levantamento High-Latitude Time-Domain Survey irá sondar o nosso Universo dinâmico observando repetidamente a mesma região do cosmos. A junção destas observações para criar filmes permitirá aos cientistas estudar como os objectos e fenómenos celestes mudam ao longo de períodos de tempo que variam de dias a anos.

Os cientistas esperam que este levantamento revele cerca de 100.000 explosões celestes, que vão desde estrelas que explodem a buracos negros que se alimentam. Um subconjunto das estrelas em explosão, chamadas supernovas do tipo Ia, ajudará os astrónomos a sondar a energia escura. Estes cataclismos estelares permitem aos cientistas medir distâncias cósmicas e acompanhar a expansão do universo.

Observar uma porção tão vasta do cosmos durante tanto tempo revelará também o nascimento de buracos negros a partir da fusão de estrelas de neutrões, e eventos de rutura de maré — partículas libertadas por estrelas que caem em buracos negros. Isto também permitirá aos astrónomos explorar objetos variáveis, como galáxias ativas e sistemas binários. E possibilita uma exploração cósmica mais abrangente do que a maioria dos outros telescópios espaciais consegue, oferecendo a oportunidade de responder a perguntas que ainda ninguém pensou em fazer.

Ao contrário dos levantamentos a altas latitudes, o levantamento Galactic Bulge Time-Domain Survey irá olhar para o interior da galáxia, proporcionando uma das visões mais profundas alguma vez obtidas do coração da nossa Via Láctea. A alta resolução e a visão infravermelha do telescópio permitirão aos astrónomos observar centenas de milhões de estrelas em busca de sinais de microlentes gravitacionais – aumentos gravitacionais na luz de uma estrela de fundo que ocorrem quando um objecto passa quase em frente a ela. Enquanto os astrónomos têm descoberto principalmente mundos próximos de estrelas, as observações de microlentes gravitacionais podem encontrar planetas na zona habitável das suas estrelas e mais distantes, incluindo análogos de todos os planetas do nosso Sistema Solar, excepto Mercúrio.

O mesmo conjunto de observações poderá revelar planetas “errantes” que vagueiam pela galáxia sem estarem ligados a nenhuma estrela, anãs castanhas (estrelas “falhadas”, demasiado leves para se alimentarem por fusão nuclear como fazem as estrelas) e cadáveres estelares, como estrelas de neutrões e anãs brancas. E os cientistas poderiam descobrir 100.000 novos mundos observando estrelas a ficarem periodicamente mais escuras à medida que um planeta em órbita passa à sua frente, eventos chamados trânsitos. Os cientistas podem também estudar as próprias estrelas, detectando “sismos estelares” em milhões de estrelas gigantes, o resultado de ondas sonoras que reverberam nos seus interiores e podem revelar informações sobre as suas estruturas, idades e outras propriedades.

Astrofísica geral

Os cientistas podem também propor observações conjuntas com outras instalações ou inquéritos adicionais dedicados a áreas científicas que não podem ser realizadas com os inquéritos principais da missão. Por exemplo, os astrónomos poderiam realizar um levantamento específico para encontrar fenómenos como novas estelares ou outro tipo de explosões, ou fazer uma megaexposição semelhante à famosa imagem do Campo Ultraprofundo do Hubble, mas muito maior. E quando observatórios como os telescópios espaciais Hubble ou Webb encontrarem algo invulgar, o Roman poderá realizar um seguimento para fornecer uma visão geral que contextualize a descoberta. Os astrónomos de todo o mundo podem propor investigação de ponta, como levantamentos de galáxias próximas ou da nossa própria, permitindo à comunidade astronómica utilizar todo o potencial das capacidades do Roman para realizar ciência extraordinária.

O Levantamento do Plano Galáctico é o primeiro levantamento astrofísico geral selecionado do Roman. Concebido para revelar a nossa galáxia, a Via Láctea, com um detalhe sem precedentes, o levantamento irá mapear até 20 mil milhões de estrelas e explorar estruturas até agora desconhecidas. A combinação do Levantamento do Plano Galáctico do Roman com outras observações da Via Láctea criará o melhor retrato da galáxia que já tivemos, e isso levará apenas 29 dias, distribuídos pelos dois primeiros anos da missão.

A equipa do Roman irá concluir uma série cuidadosamente orquestrada de implantações, calibrações e testes nos três meses seguintes ao lançamento, antes de o observatório atingir a sua órbita final.

Nos dias seguintes, a antena e a cobertura de abertura implantável serão implantadas, o Roman será submetido a uma correcção de trajectória intermédia e o Instrumento Coronógrafo será ligado. Algumas semanas depois, o Instrumento de Campo Amplo será ativado. Ambos os instrumentos serão submetidos a uma série de calibrações e testes durante o restante período de comissionamento de 90 dias do Roman.

Lançamento

O foguetão lançador seria transportado para a Plataforma de Lançamento LC-39A a 26 de Abril de 2026.

A sequência de lançamento para o Falcon Heavy é semelhante à utilizada com o Falcon-9. A T-53m o Director de Lançamento verifica se tudo está a postos para se iniciar o abastecimento do lançador. O abastecimento de querosene RP-1 nos tanques de propelente terá início a T-50m, altura em que se inicia a contagem decrescente auto-sequencial na qual todo o processo de abastecimento e activação / verificação de sistema é feita de forma automática por computadores no solo e a bordo do lançador. Da mesma forma, o início do abastecimento de RP-1 ao segundo estágio ocorre poucos minutos depois do início do abastecimento do primeiro estágio. Este abastecimento irá terminar nos minutos finais da contagem decrescente.

Por seu lado, o abastecimento de oxigénio líquido inicia-se a T-45m, e tal como acontece com o RP-1, o abastecimento do segundo estágio inicia-se poucos minutos mais tarde. A T-7m é iniciado o procedimento de acondicionamento térmico dos motores, arrefecendo-os antes do lançamento.

A T-60s, o lançador irá entrar na fase final de alinhamento dos seus vários sistemas que irão controlar o veículo durante o seu voo. Nesta altura inicia-se também a pressurização dos tanques de propelente.

A T-45s o Director de Voo confirma que toda a equipa de lançamento está pronta para a missão após a finalização do processo de abastecimento e da purga das condutas de abastecimento. Segundos antes do início sequencial dos 27 motores, o sistema de supressão sónica da Plataforma de Lançamento 39A irá iniciar a descarga de toneladas de água na base do sistema de transporte, erecção e lançamento TEL (Transporter/Erector/Launcher) para assim eliminar a energia sónica produzida pelos motores Merlin-1D.

A sequência de ignição inicia-se a T-5s para os propulsores laterais e a T-3s o estágio central (considerada a fase de 1.º estágio) entra em ignição. Se todos os parâmetros dos 27 motores forem aceitáveis, o computador de bordo irá ordenar a separação dos sistemas umbilicais Tail Service Masts (TSMs) que fornecem propelente, energia eléctrica e conexões de dados ao lançador. Na mesma altura, os sistemas de fixação do lançador na base da plataforma de lançamento são abertos, libertando o lançador para o seu voo.

Nos momentos iniciais, os 27 motores funcionam na potência máxima, mas logo após abandonar a plataforma de lançamento a potência dos nove motores centrais é diminuída. Ultrapassando a fase de MaxQ – isto é, de máxima pressão dinâmica – a T+1m 7s, os motores do sistema de propulsão central aumentam novamente a sua potência.

O poderoso Falcon Heavy

O Falcon Heavy é um foguetão com um comprimento de 70 metros e uma envergadura de 12,2 metros. Com uma massa de 1.420.788 kg no lançamento e produzindo uma força máxima ao nível do mar de 22.819,38 kN (com uma força máxima no vácuo de 24.680,96 kN), o Falcon Heavy é capaz de lançar uma carga de 63.800 kg para uma órbita terrestre baixa, 26.700 kg para uma órbita de transferência geossíncrona ou 16.800 kg para Marte ou mesmo 3.500 kg para Plutão, nos limites do Sistema Solar.

O Falcon Heavy é, no entanto, inferior ao foguetão Saturn-V na sua capacidade de carga. O foguetão lunar norte-americano era capaz de colocar uma carga de 140.000 kg numa órbita terrestre baixa

As impressionantes capacidades de carga do Falcon Heavy deverão proporcionar uma maior capacidade de carga a preços mais baixos do que os actualmente praticados no mercado internacional do lançamento de satélites.

Com 27 motores a funcionar na fase do primeiro estágio, o Falcon Heavy é o lançador norte-americano com mais motores no primeiro estágio, somente ultrapassado pelo histórico foguetão lunar N-1 da União Soviética, cujos quatro voos resultaram em fracassos.

O Falcon Heavy tem uma excelente capacidade de superar a perda de um ou vários motores caso algo ocorra durante o seu funcionamento, pois na maior parte dos cenários (exceptuando, como é óbvio, uma explosão catastrófica) o lançador é capaz de cumprir a sua missão com sucesso caso se dê a desactivação de um dos motores.

Imagens: NASA, Boletim Em Órbita, SpaceX