Um artigo publicado na revista Optica descreve um novo dispositivo que pode revolucionar a busca por mundos parecidos com a Terra fora do Sistema Solar. Cientistas estão desenvolvendo uma tecnologia baseada na física quântica para viabilizar o que antes era quase impossível: tirar fotos diretas de exoplanetas.
Desde a invenção do telescópio, em 1608, nossa visão do Universo mudou radicalmente. No começo, era possível apenas ver crateras da Lua e algumas luas de Júpiter. Hoje, equipamentos modernos como o James Webb capturam imagens muito mais detalhadas e profundas do espaço. Mesmo assim, observar exoplanetas ainda é um grande desafio.
Para ver esses mundos distantes, os telescópios usam um instrumento chamado coronógrafo, que serve para bloquear a luz das estrelas, que ofusca tudo ao redor. Ao fazer isso, o instrumento permite que os cientistas vejam objetos muito mais fracos, como planetas orbitando essas estrelas. Mas mesmo os coronógrafos mais modernos têm limites.
Uma equipe liderada pelos estudantes de Ph.D. Nico Deshler, da Universidade do Arizona, e Itay Ozer, da Universidade de Maryland, está tentando ultrapassar essas barreiras usando princípios da mecânica quântica. Eles querem melhorar a resolução dos telescópios sem precisar construir equipamentos gigantescos. Isso porque aumentar o tamanho do telescópio também aumenta muito o custo e a complexidade da missão espacial.
Estudo propõe coronógrafo “sensível à quântica”
A resolução é a capacidade de distinguir detalhes em uma imagem. Quanto maior a resolução, mais próximo ou menor pode ser o objeto observado. Mas existe um limite chamado limite de difração, que depende do tamanho do telescópio e do tipo de luz observada. Superar essa margem é justamente o objetivo do novo dispositivo.
O que o estudo propõe é um coronógrafo “sensível à quântica”, que não apenas bloqueia a luz da estrela, mas separa os fótons (as partículas de luz) vindos da estrela e do planeta com muita precisão. Isso é feito antes mesmo que a luz chegue ao detector do telescópio, o que reduz muito os erros na imagem.
O funcionamento se baseia nos chamados modos espaciais da luz. Cada fonte de luz, dependendo de sua posição, excita um modo espacial diferente. Usando máscaras especiais que guiam esses fótons, o novo dispositivo consegue desviar a luz da estrela e deixar passar apenas a do exoplaneta.
Essas máscaras fazem parte de um equipamento chamado classificador de modo espacial. À medida que a luz passa por ele, os fótons se separam em regiões diferentes. Isso permite isolar a luz fraca do planeta da luz intensa da estrela, mesmo quando os dois estão muito próximos.
Diferentemente dos métodos tradicionais, que removem a luz da estrela por processamento digital depois que a imagem já foi capturada, este novo método faz a separação antes que a luz atinja o detector, o que torna a imagem mais limpa e aumenta a chance de detectar planetas pequenos e próximos de suas estrelas.
Quando o telescópio é apontado diretamente para uma estrela, os fótons dela se concentram em um único modo espacial, o chamado modo fundamental. O novo coronógrafo é capaz de filtrar esse modo, removendo completamente a luz da estrela e revelando apenas a luz vinda do planeta.
Como o planeta está em um ponto ligeiramente diferente do céu, ele excita um modo espacial diferente. Com isso, a luz dele pode ser separada da luz da estrela de forma muito precisa, preservando todas as informações que os fótons carregam sobre o planeta.
Equipe simula alcance de exoplanetas em laboratório
Para testar a ideia, os cientistas simularam o sistema em laboratório. Usaram dois pontos de luz: um brilhante representando a estrela e outro fraco representando o planeta. Ao mover esse ponto fraco e capturar imagens, eles analisaram até que ponto o dispositivo conseguia detectar o exoplaneta.
Eles perceberam que, se o planeta estiver muito perto da estrela, parte da sua luz ainda é perdida. Mas, à medida que a distância aumenta, mesmo que esteja abaixo do limite tradicional de separação, o sinal do planeta começa a se destacar. Isso mostra que o dispositivo funciona como esperado.
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Em outro teste, colocaram a “estrela” mil vezes mais brilhante que o “planeta”. Mesmo assim, o novo sistema conseguiu detectar o planeta com boa precisão, alcançando resultados muito próximos do que a teoria prevê para um desempenho ideal.
Em entrevista ao site Space.com, Deshler diz que isso prova que a tecnologia pode ir além dos limites atuais e tornar visíveis planetas que hoje estão fora do alcance dos melhores telescópios. A equipe agora trabalha para transformar o protótipo em um sistema pronto para ser usado em missões espaciais.
Um dos principais desafios é construir o classificador de modo com altíssima precisão. Pequenos erros na fabricação ou no alinhamento das peças podem causar “vazamentos” de luz entre os modos, o que prejudica o desempenho do sistema. Para isso, eles planejam usar técnicas avançadas de fabricação, como fotolitografia (usada na produção de chips), impressão 3D especializada e microusinagem. O objetivo é produzir máscaras difrativas com qualidade suficiente para detectar planetas semelhantes à Terra.
No futuro, essa tecnologia poderá complementar missões espaciais como o Observatório de Mundos Habitáveis, planejado para suceder o Hubble e o James Webb. A vantagem da imagem direta é que ela permite estudar o espectro de luz do planeta e, com isso, identificar sinais químicos que podem indicar a presença de vida.
Ozer e Deshler acreditam que o novo coronógrafo pode se tornar mais uma ferramenta poderosa na busca por outros mundos habitáveis. No entanto, eles alertam que nenhuma técnica é suficiente sozinha. A descoberta de exoplanetas exige múltiplas abordagens, como o estudo de trânsitos, velocidade orbital e lentes gravitacionais.
Mesmo assim, o avanço mostra que a combinação entre astronomia e física quântica está abrindo caminhos promissores. Ver um “gêmeo da Terra” com nossos próprios olhos talvez esteja mais perto do que imaginávamos.
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