Sistema de fibras ópticas desenvolvido no Brasil chega ao telescópio japonês Subaru

Equipamento instalado no Havaí aumentará significativamente a capacidade de estudo de galáxias distantes e estrelas muito fracas

O último cabo do sistema de fibras ópticas desenhado e produzido por um grupo de pesquisadores brasileiros para o telescópio japonês Subaru, instalado no monte Mauna Kea, no Havaí, chegou por via aérea ao destino final no dia 8 deste mês. Quando estiver unido aos dois primeiros cabos, enviados em 2020 e 2021, o complexo terá 2.394 fibras ópticas distribuídas em 65 metros (m) de extensão, com microlentes acopladas nas pontas que farão o papel de pequenos olhos apontados para o céu. O subsistema será parte essencial do espectrógrafo de nova geração Prime Focus Spectrograph (PFS) – equipamento usado para estimar a composição química, a velocidade, a distância e a idade de um astro –, construído por um consórcio internacional, que deve começar a operar no segundo semestre de 2023.

“Quando o PFS começar a funcionar, o Subaru será o telescópio terrestre mais avançado para o estudo de galáxias e estrelas muito distantes”, afirma o astrofísico Laerte Sodré Júnior, do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP), coordenador do projeto de fibras ópticas. Isso porque com o novo espectrógrafo o telescópio japonês, cujo espelho mede 8,2 m de diâmetro, será capaz de observar quase 2.400 objetos astronômicos simultaneamente. “Ainda não há um espectrógrafo com esse número de fibras instalado em um telescópio desse porte”, afirma Sodré.

Ele destaca que o espectrógrafo Dark Energy Spectroscopic Instrument (Desi), que começou a funcionar no ano passado e está instalado no Observatório Nacional de Kitt Peak, nos Estados Unidos, tem 5 mil fibras ópticas, mas está em um telescópio com um espelho que é a metade daquele do Subaru. “Com o Subaru teremos uma área de visão quatro vezes maior para observar determinada região, ou seja, o levantamento de dados será quatro vezes mais rápido. São dois pontos altos: a qualidade óptica e a grande área para a coleta de luz”, explica ele. Quanto mais luz é recebida, o que é proporcional à área, mais rápida e eficiente é a coleta de dados, aumentando a capacidade de observar objetos mais fracos. O Subaru conta com uma das maiores câmeras digitais do mundo, a Hyper Suprime-Cam (HSC), tecnologia importante para criar mapas cósmicos que captura uma área nove vezes maior que a da lua cheia em 870 megapixels.

A ideia é que nos próximos cinco anos o PFS seja compartilhado por pesquisadores que participaram da construção do equipamento – no âmbito do consórcio internacional formado por Japão, Brasil, Alemanha, Estados Unidos e China – para fazer levantamentos de milhões de dados sobre a cosmologia, a evolução e a arqueologia de galáxias. Na prática, isso permitirá estudos sobre a natureza da matéria escura e a busca por mais pistas sobre como a própria Via Láctea se formou, por exemplo. “Muitas pesquisas indicam que, em sua evolução, a Via Láctea foi engolindo galáxias anãs, que funcionavam como satélites. O PFS nos ajudará a desvendar quando galáxias anãs foram formadas e entender melhor a história da nossa própria galáxia”, diz o astrofísico.

Ao longo de 12 anos de trabalho, cerca de 30 pesquisadores, engenheiros e técnicos do IAG, do Laboratório Nacional de Astrofísica (LNA) e da empresa Oliveira Instrumentação Óptica (OIO), os dois últimos em Minas Gerais, participaram da concepção do design e do desenvolvimento dos componentes do sistema óptico, que ganhou o nome de Foccos (sigla para cabo de fibra óptica e sistema de conector). Eles desenvolveram três cabos com 42 módulos de fibras ópticas, além de conectores adaptados que permitem a manutenção por meio de pontos de encaixe e desencaixe. Os cabos serão ligados aos três braços dos quatro módulos do espectrógrafo, cujas câmeras fazem leituras no espectro do azul, vermelho e infravermelho.

Após o período de testes das últimas peças, já no Havaí, o Foccos será completamente integrado ao chamado foco primário do PFS, região que recebe a luz refletida pelo espelho de 8 m: o sistema de fibras ópticas funcionará como o corredor da luz captada. Os módulos serão instalados em 57 dispositivos rotativos que permitirão o reposicionamento das fibras em direção ao objeto observado, garantindo mais precisão na qualidade dos dados obtidos.

“Veremos o PFS virar realidade quase 20 anos depois da primeira ideia de construí-lo”, conta Sodré. Inicialmente, o espectrógrafo foi pensado para o telescópio Gemini, também em Mauna Kea, mas, segundo o pesquisador, o projeto inicial foi cancelado por falta de verbas. Foi então que a Universidade de Tóquio se interessou pelo PFS para o Subaru. O orçamento do Foccos é estimado em US$ 5 milhões – destes, US$ 1 milhão foi investido pela FAPESP por meio de projeto temático e bolsas, quase R$ 100 mil vieram do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e o restante representa os salários dos integrantes da equipe nos últimos 10 anos.

Para o físico Luiz Vitor de Souza Filho, do Instituto de Física de São Carlos da (IFSC) da USP e presidente do conselho da colaboração científica internacional que coordena os trabalhos do Cherenkov Telescope Array (CTA), que não participou do projeto do PFS, o Brasil tem melhorado sua capacidade em instrumentação astronômica nos últimos 20 anos. “Como reflexo disso, vemos um aumento na participação do país em pesquisas e descobertas na área. Temos acesso a dados relevantes, o que não era possível antes de nos associarmos a construções de grandes instrumentos”, avalia.

Além disso, o físico destaca o avanço em tecnologia e inovação. “Projetos como o PFS trabalham no limite do nosso desenvolvimento tecnológico, com instrumentos ópticos, micromotores para movimentos de precisão, sensores, entre outros que desafiam a indústria nacional”, afirma.

“O que descobrimos em nossas pesquisas pode nos afetar daqui a um século, mas a instrumentação impulsiona um impacto imediato na formação de competências”, avalia Souza Filho. Para ele, há três grandes projetos de destaque nos próximos 30 anos: o PFS, o Telescópio Gigante de Magalhães (GMT), em construção no Chile, e o próprio CTA, que Souza Filho coordena. “Nosso desafio, agora, é manter por um longo prazo o grupo de pesquisadores, engenheiros e técnicos”, afirma Sodré, também coordenador do GMT.

Projetos
1. Ferramentas de inteligência artificial para grandes levantamentos de galáxias (nº 19/10923-5); Modalidade Auxílio à pesquisa ‒ Regular; Pesquisador responsável Laerte Sodré Junior (USP); Investimento R$108.403,00.
2. O Universo em 3-D: Astrofísica com o Prime Focus Spectrograph no telescópio Subaru (nº 17/23766-0), Modalidade Auxílio à pesquisa ‒ Regular Pesquisador responsável Laerte Sodré Junior (USP); Investimento R$183.948,02.
3. O universo em 3-D: Astrofísica com grandes levantamentos de galáxias (nº 12/00800-4); Modalidade Projeto Temático; Pesquisador responsável Laerte Sodré Junior (USP); Investimento R$5.997.311,59.
4. A evolução das galáxias na era dos grandes levantamentos (nº 10/17649-1); Modalidade Auxílio à pesquisa ‒ Regular; Pesquisador responsável Laerte Sodré Junior; Investimento R$334.257,33.