Num foguetão de fabrico europeu, o James Webb, telescópio batizado em honra de um antigo administrador da NASA, foi enviado para o espaço a 25 de dezembro de 2021. A divulgação das primeiras imagens estava prevista para meados do ano seguinte e elas aqui estão, depois de meses de trabalho intenso para assegurar que o telescópio, que está em órbita a 1,5 milhões de quilómetros da Terra, estava na trajetória exata, com os sensores de infravermelhos devidamente arrefecidos a 233 graus negativos e aberto de forma correta - o Webb viajou dobrado e foi preciso alinhar a coleção de segmentos hexagonais que formam o espelho e abrir as câmaras para que a imagem ficasse perfeita.
"Estamos a falar de uma precisão imensa", diz à CNN Portugal Rui Agostinho, astrofísico, professor na Universidade de Lisboa e investigador do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço. "O James Webb foi lançado em dezembro passado mas este é um trabalho que tem 25 anos", começa por dizer, chamando a atenção, por exemplo, para a margem de erro mínima que era admissível na curvatura do espelho do telescópio, que tem seis metros e meio: "Imagine-se que este espelho era uma superfície curva ocupando o espaço da Península Ibérica. O erro na curvatura seria de 10 milímetros. Agora faça-se a redução para seis metros; essa margem de erro teve de ser uma coisa miseravelmente pequenina", explica o antigo diretor do Observatório Astronómico de Lisboa. "Após o lançamento, demorou tempo para alinhar e focar os espelhos e até as imagens terem uma nitidez espetacular, do ponto de vista da tecnologia".
O telescópio Hubble, que até há pouco tempo era o ex-libris da observação do espaço, até já tinha recolhido imagens numa perspetiva semelhante àquela em que agora se colocou o James Webb. Mas o Hubble estava preparado para trabalhar na banda do visível e tinha sensores que lhe permitiam captar apenas a luz infravermelha próxima. O James Webb, por seu lado, "não tem câmaras para trabalhar no visível", explica Rui Agostinho. "Há várias razões científicas para isso", refere, acrescentando que os infravermelhos "passam pelas poeiras interestelares, pelas poeiras que existem nas galáxias espalhadas pelo universo, e permite receber luz desde as galáxias primordiais do universo, cujo desvio no comprimento de onda de luz começa a aparecer nesse infravermelho", explica o especialista.
"O objetivo, desde há muitos anos, é termos um telescópio capaz de fotografar a formação das primeiras galáxias. Mas a luz visível emitida na altura, com a expansão do universo, mudou de cor, perdeu energia. Essa luz está agora no infravermelho, deixou de ser visível, portanto, para estudar a formação destas galáxias primordiais do universo tem de ser nesta banda do infravermelho", esclarece Rui Agostinho.
O que nunca tínhamos visto
Mas o que é que está nas primeiras imagens do James Webb, divulgadas no início desta semana, que nunca tínhamos visto? "A NASA fez uma boa analogia sobre o campo de visão no céu a que aquela imagem corresponde", declara o astrofísico. "Pegue num grão de areia entre os dedos e estique o braço. A imagem corresponde a esse pedacinho de céu. Mas quantos pedacinhos daqueles ainda existem?", questiona o especialista. "A nitidez excecional que a imagem tem e o facto de o telescópio estar a trabalhar em diversas bandas de infravermelho, algo que o Hubble não faz, tornam os primeiros resultados daquelas 12 horas e meia de somatório de luz em algo espetacular".
Falemos da primeira imagem do céu profundo que foi divulgada, e que mostra, entre outros objetos celestes, um aglomerado de galáxias longínquas: a luz captada pelo James Webb é luz que "abandonou estas galáxias há 13,0 ou 13,1 mil milhões de anos". Ora, se o Big Bang foi há 13,8 mil milhões de anos, "esta foto com exposição de 12 horas aproxima-se dessas imagens da formação primordial das galáxias". Ou seja, explica Rui Agostinho, passamos a ter mais e melhores dados para fazer testes aos modelos teóricos da física sobre a formação galáctica a seguir ao Big Bang "e isto é uma revolução", defende.
"Antes, tínhamos modelos. Agora, podemos confrontar o modelo com aquilo que efetivamente aconteceu e é assim que funciona a física, passou-se a ter melhores dados para testar a teoria e mostrar se está bem ou mal e corrigi-la. É um salto para a frente que é espetacular", afirma.
Na mesma imagem é visível, em primeiro plano, o corpo celeste SMACS 0723, um enxame de galáxias que, estando à frente, amplia a luz dos objetos que estão por trás, permitindo uma visão de campo profundo das populações de galáxias extremamente distantes, devido ao efeito de "lente gravitacional". Mas a própria luz destas galáxias, que estão mais próximas, "demorou cerca de cinco mil milhões de anos a chegar a Terra". "A idade do Sol e da Terra é de 4,6 mil milhões de anos, portanto, é uma fotografia de como estas galáxias eram nessa altura, ou seja, o aspeto que a nossa própria galáxia teria quando o Sol se formou", assinala Rui Agostinho.
Por outro lado, o facto do enxame de galáxias servir de lente gravitacional - e porque o efeito de lente depende sempre da massa que o produz - o cálculo da massa total destes enxames permitirá obter mais informação sobre a chamada matéria escura, outra área de interesse da astrofísica. "Teremos dados em grande abundância", indica o investigador.
Rui Agostinho destaca ainda a imagem "espetacular" dos efeitos de um superburaco negro na imagem também divulgada do Quinteto de Stephan, um grupo de galáxias situado a 290 milhões de anos-luz da Terra. A imagem mostra, indica a NASA, como "as galáxias em interação desencadeiam a formação de estrelas e como o gás está a ser perturbado e as ejeções de material a serem impulsionadas por um buraco negro".
Também entusiasmante e muito prometedora é a revelação do espectro do planeta WASP-96b, descoberto em 2014, que está fora do sistema solar, localizado a quase a 1.150 anos-luz da Terra e que orbita a sua estrela a cada 3,4 dias. "É um planeta estilo quase-Júpiter que passa em frente à sua estrela", explica Rui Agostinho.
O James Webb detetou vapor de água na atmosfera deste exoplaneta - "é a primeira vez que temos um espectro duma atmosfera planetária com tanta resolução", ressalva o astrofísico, que adivinha "as cenas dos próximos episódios": "A assinatura dos organismos vivos é ter a molécula do ozono, porque o oxigénio só aparece num planeta através de mecanismos que estão associados à vida. A banda espectral do ozono não foi aqui detetada porque o espectro parou nos 2,8 mícrons. Mas o sonho, com mais tempo de integração do telescópio, é que seria possível chegar aos 4,2 mícrons e ver se está lá a assinatura do ozono. Isto para um planeta do tipo terrestre, visto que no WASP-96b isso é impossível", explica o investigador. "Daria o Nobel da Física/Astrofísica ao publicar-se um resultado desses", sugere.
James Webb preponderante na próxima década
E estamos mais perto deste Nobel, com as imagens do James Webb? Rui Agostinho acredita que sim. "Mas agora as más notícias", acrescenta a rir-se, porque as notícias nem sequer são más: "Daqui a alguns anos teremos um telescópio de 39 metros na superfície da Terra, o ELT (Extremely Large Telescope) do ESO, que será capaz de ter imagens competitivas com estas mas mais limitado nas bandas de infravermelho que chegam à superfície terrestre", resume.
O Hubble destacou-se porque, tal como o James Webb, estava no espaço e não à superfície terrestre, onde a atmosfera contribui sempre para que as imagens captadas se desfoquem e fiquem registadas com menor nitidez. "Mas o Webb continuará a ser preponderante nos próximos dez anos", indica o antigo diretor do Observatório Astronómico de Lisboa.
"O Santo Graal é aparecer a assinatura do ozono. Mas claro que, pelo caminho, ter informação sobre a química de uma atmosfera planetária é espetacular por si só, do ponto de vista científico é revolucionário", e permitirá, indica Rui Agostinho, melhorar também os modelos sobre a formação e evolução planetária.
O James Webb tem, segundo Rui Agostinho, outra peculiaridade: a quantidade de luz que consegue captar. O telescópio tem uma câmara de infravermelhos próximos, outra de infravermelhos médios, um espectroscópio e o já referido espelho de seis metros. "Todos os sensores de receção de imagem têm sempre ruído eletrónico, mesmo que não entre luz nenhuma no sensor. Mas, aumentando a área refletora de luz, será possível ver objetos cada vez mais fracos", explica o investigador. "O Webb tem seis metros, capta sete vezes mais luz do que o Hubble consegue captar. O tempo necessário para ver os objetos diminui ou então, no mesmo tempo, consegue ver objetos bem mais fracos em brilho", esclarece.
Rui Agostinho relembra que o Hubble também fez a imagem que agora foi divulgada pelo Webb, mas demorou duas semanas e não obteve, naturalmente, a mesma nitidez, até porque captava sobretudo a banda do visível. Já o Webb demorou 12 horas e meia e a diferença não é apenas no tamanho do espelho. Está também no "avanço tecnológico dos sensores de infravermelho", que melhoraram muito em 30 anos.
"Estas fotografias agora divulgadas são, na realidade, a composição de três imagens feitas com o telescópio. As fotografias estão coloridas mas são cores falsas e vale a pena percebermos como aparecem", acrescenta ainda Rui Agostinho.
Tal como nas máquinas fotográficas, que funcionam com o sistema de cores RGB ("Red, Green and Blue", vermelho verde e azul: menos, médio e mais energético) - e é a mistura de intensidades destas cores que oferece a variação de tons percebidos pela retina humana - nas imagens do James Webb são combinadas as imagens de três comprimentos de onda captados no infravermelho, às quais são atribuídas as cores RGB. "O que sobra de livre-arbítrio" na composição destas imagens? Muito pouco, garante Rui Agostinho, já que é necessário manter as proporções corretas das ondas de infravermelhos para que as cores não fiquem deturpadas na composição final. "Mas são cores falsas", sublinha o cientista, para que não haja equívocos.
Sensores a 233 graus negativos
As diferenças entre o James Webb e o Hubble são muitas e cada um foi concebido para ser especializado em coisas distintas: "O Hubble foi um telescópio excecional, tinha uma nitidez de imagem que batia todos os telescópios em terra, ao nível de resolução", recorda o astrofísico. Mas um dos objetivos na construção do James Webb foi precisamente fotografar a formação das galáxias primordiais em infravermelhos, um propósito diferente que trouxe dificuldades distintas na conceção dos equipamentos.
"As câmaras de infravermelhos, por exemplo, captam o calor do próprio telescópio. É como estar a fotografar alguém com o sol de frente, está ali um objeto que é mais brilhante do que a pessoa que se quer fotografar. O calor que os instrumentos têm criam ruído na imagem. O truque é arrefecer os sensores", explica Rui Agostinho. Neste caso, e para preservar a integridade das imagens, é necessário que estes sejam mantidos sempre a -233ºC.
O sistema de arrefecimento foi projetado para funcionar durante dez anos, sendo este o período de vida útil projetado para o James Webb, que levou combustível precisamente para uma década, indispensável para os ajustes na trajetória espacial e que permitem também focar alvos diferentes. "Mas o lançamento no Ariane foi tão bom que não gastou combustível para realinhar a trajetória. A estimativa é de que o Webb tenha capacidade para funcionar durante 20 anos", explica o investigador.
A abundância de dados que se espera recolher com o telescópio ficará disponível, a breve prazo, nas bases de dados trabalhadas pelos investigadores da área, pelo que o James Webb fornecerá certamente, nos próximos anos, material crucial para o avanço do conhecimento do espaço.
A revelação das primeiras imagens marca apenas o início das operações científicas do James Webb, que junta as colaborações da Agência Espacial Europeia (ESA) e das congéneres norte-americana (NASA), líder do projeto, e canadiana (CSA).
A astrónoma portuguesa Catarina Alves de Oliveira, que trabalha no Centro de Operações Científicas da ESA, em Espanha, é responsável pela calibração de um dos quatro instrumentos do James Webb, e participou na campanha de preparação das observações. Mas vários cientistas portugueses estão envolvidos em projetos de investigação que passam pela observação do espaço com este telescópio.