NASA escolhe o telescópio PRIMA para estudar o universo oculto no infravermelho distante

A NASA selecionou um novo telescópio espacial projetado para observar o universo em luz infravermelha distante, uma faixa de comprimentos de onda que os observatórios existentes não conseguem captar de forma eficaz. A missão de US$ 1 bilhão, chamada PRIMA, será desenvolvida e operada pelo Jet Propulsion Laboratory da NASA, administrado pelo Caltech.

A Probe far-Infrared Mission for Astrophysics examinará objetos e processos ocultos dos telescópios de luz visível. O IPAC do Caltech administrará o centro científico da missão, recebendo e processando observações, preservando os dados resultantes e coordenando o acesso dos astrônomos ao observatório.

O PRIMA pretende responder a perguntas sobre como as galáxias e os buracos negros supermassivos se desenvolvem, como surgem as estrelas e os sistemas planetários e como as atmosferas planetárias adquirem suas composições. Os cientistas também o usarão para investigar as origens da poeira e dos elementos mais pesados em todo o universo.

Uma visão mais fria e nítida

O telescópio e seus detectores serão resfriados a centenas de graus abaixo de zero. A redução da temperatura pretende suprimir interferências relacionadas ao calor, que podem borrar ou sobrepujar os sinais fracos que chegam de fontes cósmicas distantes.

A NASA afirma que o projeto deverá tornar o PRIMA muito mais sensível do que as missões anteriores de infravermelho distante, além de produzir imagens excepcionalmente detalhadas. O observatório cobrirá comprimentos de onda de 24 a 235 micrômetros. A extremidade mais curta equivale a cerca de um terço da espessura de um fio de cabelo humano; os comprimentos de onda mais longos correspondem aproximadamente à espessura de duas folhas de papel empilhadas.

Um telescópio de 1,8 metro resfriado criogenicamente alimentará dois instrumentos principais. O PRIMAger usará polarimetria de imagem para examinar amplas áreas do céu, enquanto o FIRESS fornecerá espectroscopia de alta resolução e multimodo. Juntos, os instrumentos permitirão aos pesquisadores estudar tanto a localização de objetos distantes quanto as informações físicas e químicas codificadas em sua luz.

Os alvos da missão incluem o nascimento de estrelas e sistemas planetários, as mudanças nas propriedades das galáxias ao longo da história cósmica, as atmosferas de exoplanetas e os corpos do nosso próprio sistema solar. Nicky Fox, administradora associada da NASA, descreveu o PRIMA como uma nova forma de investigar a formação de planetas, estrelas e buracos negros, bem como a história da água na Terra.

Uma nova categoria de missão

O PRIMA será a primeira missão de astrofísica da NASA na classe de sondas. A categoria foi recomendada pelo Astro 2020 Decadal Survey, liderado pela física do Caltech Fiona Harrison. As missões de sondagem pretendem ocupar o espaço entre missões Explorer menores, como o SPHEREx, e grandes observatórios emblemáticos, incluindo o Nancy Grace Roman Space Telescope.

O JPL supervisionará a arquitetura da missão e a engenharia de sistemas, além de integrar a espaçonave à sua carga científica. O Caltech e o JPL participaram do desenvolvimento do conceito e da tecnologia do PRIMA, com base em décadas de trabalho em astronomia infravermelha.

O observatório dependerá de detectores de indutância cinética de micro-ondas supercondutores, também conhecidos como MKIDs ou KIDs. O físico do Caltech Jonas Zmuidzinas e o engenheiro do JPL Rick LeDuc desenvolveram a tecnologia em 1999. Os primeiros trabalhos sobre o uso de materiais supercondutores para detectar radiação infravermelha distante começaram informalmente em uma cafeteria perto do Caltech, segundo a universidade.

Os detectores foram testados no agora fechado Caltech Submillimeter Observatory, no Havaí, em 2007, e posteriormente voaram em instrumentos terrestres e balões. Nos últimos cinco anos, pesquisadores do Caltech, do JPL e do Microdevices Laboratory do JPL trabalharam para melhorar a sensibilidade das matrizes e torná-las robustas o suficiente para voos espaciais. Matrizes protótipo já demonstraram o nível de prontidão exigido pelo PRIMA.

Zmuidzinas afirmou que o longo desenvolvimento da tecnologia criou uma oportunidade para um grande aumento de sensibilidade em uma parte relativamente pouco explorada do espectro. O Caltech disse que a melhoria esperada poderá ser de cerca de mil vezes.

Dados para a comunidade astronômica mais ampla

O IPAC dará apoio ao planejamento da missão, ao agendamento das observações, à calibração e ao processamento de dados. As observações do telescópio serão armazenadas no Infrared Science Archive, que já reúne dados de mais de 20 missões da NASA.

O centro aproveitará a experiência de missões como o Spitzer Space Telescope da NASA, que operou de 2003 a 2020, o SPHEREx da NASA e o observatório Herschel da European Space Agency. O IPAC também apoiou observatórios na Terra, adquirindo conhecimentos que serão aplicados às operações do PRIMA.

Quando o observatório estiver operando em plena capacidade, espera-se que aproximadamente 75% de seu tempo de observação seja alocado por meio de propostas avaliadas por pares da comunidade científica mais ampla. Quase 200 usos propostos para os dados do PRIMA já foram apresentados por mais de 400 astrônomos.

Uma área de interesse é o estudo dos fluxos moleculares que saem das galáxias. Essas correntes de material podem acompanhar períodos de rápida formação estelar ou de atividade do buraco negro central de uma galáxia, e talvez influenciem o crescimento das galáxias. O Herschel observou esses fluxos em um número limitado de galáxias próximas; o PRIMA pretende ampliar esse tipo de pesquisa para uma faixa muito mais ampla da história cósmica.