Calor cega observatório espacial europeu Herschel

Herschel_Vela_C_artRepresentação artística do observatório Herschel com uma imagem da Vela C como pano de fundo.
Crédito: ESA/Consórcios PACS e SPIRE/T. Hill/F. Motte/Laboratoire AIM Paris-Saclay/CEA/IRFU – CNRS/INSU – Uni. Paris Diderot/HOBYS.

O observatório espacial europeu Herschel esgotou anteontem a sua reserva de hélio líquido, um fluído refrigerante que permitiu aos seus três instrumentos científicos perscrutar regiões muito frias do Universo. Este era já um desfecho esperado para uma das mais bem sucedidas missões da ESA. Lançado a 14 de Maio de 2009, o observatório transportava mais de 2.300 litros de hélio líquido, um suprimento que foi evaporando lentamente até se esgotar ao fim de quase quatro anos.

De acordo com a ESA, as observações do Herschel excederam todas as expectativas. Os dados recolhidos pela missão permitiram aos cientistas aprenderem mais sobre a formação das estrelas, a frequência com que se formam em galáxias distantes, e a origem e presença de água em diferentes corpos celestes. Apesar das observações terem cessado definitivamente, a produção científica da missão não está esgotada. A imensidão de imagens e de espectros obtidos pelo observatório que se encontra ainda por explorar, será certamente terreno fértil para novas e importantes descobertas.
O Herschel era o mais poderoso telescópio de infravermelhos alguma vez construído. Os seus instrumentos eram sensíveis a radiação electromagnética nas bandas do infravermelho distante e submilimétricas, o que lhes permitia observar regiões do Universo muito frias (entre os -268 e os -223ºC) com grande sensibilidade.

galaxia_formacao_estrelas_Herschel_artRepresentação artística de uma galáxia com intensa formação de estrelas, alimentada por um fluxo de gás intergaláctico.
Crédito: ESA–AOES Medialab.

O objectivo principal do Herschel era o estudo da formação de estrelas ao longo da história do Universo, pelo que os astrónomos o usaram principalmente para monitorizar milhares de galáxias espalhadas pelo cosmos. Estes dados revelaram que nos primeiros milhares de milhões de anos após o nascimento do Universo, as galáxias produziam muito mais estrelas que o estimado a partir de observações realizadas a comprimentos de onda mais curtos e mais longos que aqueles a que o observatório da ESA era sensível. Estudos anteriores sugeriam, também, que as elevadas taxas de formação de estrelas em galáxias no passado eram resultantes de fenómenos episódicos, como por exemplo os intensos surtos de formação de estrelas provocados pela colisão de galáxias. As observações realizadas pelo Herschel fizeram os astrónomos repensar esta questão. “Os dados do Herschel sugerem que a colisão de galáxias poderá não ser um requisito para gerar a intensa formação de estrelas, como se pensava anteriormente, afirmou à ESA um dos cientistas da missão Göran Pilbratt. “O ponto crucial parece ser a disponibilidade de gás suficiente para a produção de estrelas. Galáxias com intensa formação de estrelas poderão ser alimentadas, não só, por outras ricas em gás, mas também por outros processos, como os fluxos de gás frio intergaláctico. A questão mantém-se em aberto; no entanto, a solução poderá vir a ser encontrada em novas análises dos dados do Herschel, em conjunto com a contínua monitorização destas galáxias com outros observatórios.” Simulações numéricas baseadas nos dados do Herschel sugerem que estas galáxias prolíficas apenas se podem formar nos mais densos nós da rede cósmica de matéria negra, tipicamente naqueles com uma massa superior a 300 mil milhões de vezes a massa do Sol.

As alterações nas taxas de formação de estrelas ao longo do tempo poderão estar ligadas aos buracos negros supermassivos que se pensa existirem no centro da maioria das galáxias. A pressão da radiação criada pela acreção de material em torno destas surpreendentes estruturas desencadeia um fluxo de material para longe do centro da galáxia, o que poderá esgotar as reservas de gás e, assim, impedir o nascimento de estrelas. “Através da monitorização de um conjunto de galáxias activas próximas, detectámos pela primeira vez um fluxo de gás para longe do centro galáctico, que é de natureza molecular”, comentou Albrecht Poglitsch, cientista do Instituto Max-Planck, na Alemanha, e investigador principal do instrumento PACS (Photodetector Array Camera and Spectrometer) do Herschel. “Isto mostra-nos que estes fluxos podem, de facto, esgotar as reservas de gás de uma galáxia ao ponto de a impedir de formar estrelas, pois as estrelas são produzidas a partir de gás molecular”.

IC5146_HerschelNuvem IC 5146 vista pelo Herschel.
Crédito:ESA/Herschel/SPIRE/PACS/D. Arzoumanian (CEA Saclay).

Na nossa Galáxia, as observações do Herschel desvendaram revelações extraordinárias sobre os processos físicos que estão na base do nascimento das estrelas. O observatório da ESA identificou a presença de uma rede filamentosa de gás que se infiltra no meio interestelar por quase todo o plano galáctico, e que aparenta estar associada à formação de estrelas. “Esperávamos que existissem filamentos no meio interestelar; porém o Herschel deu-nos finalmente a prova de que eles são omnipresentes, e de que são a chave que permite a ocorrência da formação de estrelas”, disse o investigador principal do instrumento SPIRE (Spectral and Photometric Imaging Receiver) Matt Griffin. “Os belos detalhes das imagens do Herschel mostram como algumas nuvens desenvolveram filamentos de tal forma densos que estão a colapsar sobre o seu próprio peso, e a iniciar a formação de estrelas, enquanto outras nuvens exibem um emaranhado mais caótico de filamentos mais ténues (…).” A emergência dos filamentos e o seu subsequente colapso poderão estar também relacionados com os campos magnéticos das nuvens interestelares, pelo que os resultados da missão Herschel irão certamente estimular novos trabalhos científicos nesta área.

No campo da formação dos planetas, o observatório da ESA deu um contributo inestimável. O Herschel fotografou um impressionante disco de detritos em redor da estrela Fomalhaut, uma estrutura com características que fazem recordar a Cintura de Kuiper nos primeiros tempos de vida do nosso Sistema Solar. Discos semelhantes foram detectados em outras estrelas próximas, algumas com planetas em seu redor. Um exame mais detalhado a estes dados sugere que estas estruturas poderão sobreviver mais facilmente em sistemas planetários sem planetas massivos como Júpiter. “O estudo dos discos de detritos extra-solares dá-nos novas pistas acerca da formação dos sistemas planetários, e poderá eventualmente ajudar-nos a alcançar uma visão mais completa de como o nosso Sistema Solar se formou e evoluiu a partir da sua nuvem interestelar” afirmou Albrecht Poglitsch.

Fomalhault_HerschelDisco de detritos em redor da estrela Fomalhaut visto pelo Herschel.
Crédito: ESA/Herschel/PACS/Bram Acke.

Outro foco da missão Herschel foi o estudo da composição química de uma variedade de objectos, em particular da origem e presença de água em diversos ambientes. Estudos baseados nos dados do observatório espacial europeu indicam que o núcleo frio da vasta nuvem molecular do Touro abriga um reservatório de gelo de água correspondente a alguns milhões de vezes o volume de água armazenado nos oceanos terrestres. O Herschel observou, ainda, quantidades de vapor de água equivalentes a vários milhares de vezes o volume de água dos oceanos do nosso planeta, no disco protoplanetário da estrela TW Hydrae. “Estes resultados mostram que existe imensa água disponível para enriquecer a superfície de futuros planetas, caso se formem em discos semelhantes em redor de outras estrelas” afirmou Frank Helmich, investigador principal do instrumento HIFI (Heterodyne Instrument for the Far Infrared) do Herschel.

O observatório da ESA contribuiu, ainda, para o debate acerca da origem da água no Sistema Solar, e na Terra em particular. A maioria dos astrónomos aceita que a água dos oceanos terrestres terá sido trazida por asteróides e cometas, logo após a formação do nosso planeta. Os asteróides eram considerados a origem principal da água terrestre, mas a balança tendeu para os cometas quando o Herschel detectou água no cometa 103P/Hartley 2 com a mesma composição isotópica da água dos oceanos terrestres. Observações posteriores do cometa C/2009 P1 Garradd levaram à descoberta de uma composição isotópica diferente, pelo que o papel dos cometas na chegada da água à Terra continua incerto.

Mais recentemente, o Herschel esclareceu a origem da água detectada em 1995 pelo ISO (Observatório Espacial em Infravermelho) na atmosfera superior de Júpiter. Observações realizadas pelo observatório espacial europeu mostram que a água da estratosfera joviana se encontra concentrada no hemisfério sul do planeta, em particular nos locais onde os fragmentos do cometa Shoemaker-Levy 9 colidiram em 1994, uma ligação óbvia entre este evento e a presença de água nesta região da atmosfera do gigante.

Até agora, os dados do Herschel deram origem a mais de 600 artigos científicos, publicados em revistas conceituadas com revisão por pares. O observatório vai agora ser transferido da sua posição em L2 do sistema Terra-Sol para uma órbita estável em redor do Sol, onde permanecerá para sempre.

8 comentários

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    • Manel Rosa Martins on 02/05/2013 at 01:54
    • Responder

    Excelente artigo para uma excelente missão! 🙂

    1. Obrigado, Manel. 🙂

    • Fernando Simoes on 01/05/2013 at 21:24
    • Responder

    É uma pena terminar assim, “só” por falta de hélio. Devia ser possível reabastecer. 🙁

    1. Olá, Fernando

      L2 fica a 1,5 milhões de quilómetros da Terra. É uma distância enorme para uma missão de reabastecimento. 🙁

        • Alexandre on 02/05/2013 at 21:26

        O ponto de Lagrange L2 é o mesmo onde ficará o futuro telescópio James Webb e ele também é um telescópio de infravermelho então provavelmente precisará de refrigeração com hélio liquido, será que ele também terá sua vida útil limitada ao estoque de hélio liquido?

      1. Olá Alexandre,

        Sim. O telescópio James Webb será transferido para L2 após o seu lançamento, o que impedirá a sua manutenção como acontece com o telescópio Hubble.
        Os instrumentos do James Webb são sensíveis a radiação electromagnética na banda do infravermelho próximo, no caso do FGS/NIRISS, do NIRSpec e da NIRCam, e na banda do infravermelho médio, no caso do MIRI. Este último necessitará de um sistema de refrigeração autónomo com capacidade para manter todo o sistema a uma temperatura operacional de 6,7 K. O sistema de refrigeração do MIRI funcionará com um refrigerante sólido com um tempo de vida muito superior ao hélio líquido usado no Herschel (ler mais sobre este sistema aqui: http://ircamera.as.arizona.edu/MIRI/miricooler.pdf), pelo que o James Webb não terá as mesmas limitações que o observatório espacial europeu. O seu tempo de vida será limitado apenas pelas avarias que possa vir a sofrer, e pela quantidade de combustível disponível para o manter na sua posição em L2. A reserva de combustível que seguirá a bordo do telescópio será suficiente para pelo menos 10 anos.

  1. Excelente artigo. Bastante completo 🙂

    Long Live Herschel ! 😉

    1. Obrigado, Carlos. Esta foi uma missão relativamente discreta, mas com resultados espantosos. 🙂

  1. […] a sua prolífica missão, o observatório espacial europeu Herschel observou 132 dos mais de 1400 pequenos mundos até agora […]

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