No Telescópio Espacial James Webb, os quatro instrumentos científicos estão contidos no Módulo Integrado de Instrumentos de Ciência ou ISIM (do inglês, “Integrated Science Instrument Module”).  Esses instrumentos em conjunto serão usados para estudar a luz de estrelas e galáxias distantes, exoplanetas, dentre outros objetivos. Um vídeo sobre os objetivos científicos você encontra aqui: https://www.youtube.com/watch?v=oNFAOlb3USc

A estrutura ISIM é como um chassi em um carro que fornece suporte para o motor e outros componentes. Veja a figura:

ISIM, Módulo Integrado de Instrumentos de Ciência.

Além dos quatro instrumentos científicos, muitas peças e sistemas diferentes entram em toda a estrutura do ISIM. Agluns deles como o Subsistema de Estrutura, Controle Térmico, Controle e Gerenciamento de Dados, Sistema de Software de Voo, dentre outros.

Sistemas e peças do ISIM

São quatro os instrumentos científicos:

  • Câmera de Infravermelho-Próximo, ou NIRCam – fornecido pela Universidade do Arizona
  • Espectrógrafo de Infravermelho-Próximo, ou NIRSpec – fornecido pela ESA, com componentes fornecidos pela NASA / GSFC.
  • Instrumento de Infravermelho-Médio, ou MIRI – fornecido pelo Consórcio Europeu com a Agência Espacial Européia (ESA), e pelo NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL)
  • Sensor de Orientação Fina / Imageador de Infravermelho-Próximo e Espectrógrafo Sem Fenda, ou FGS/NIRISS – fornecidos pela Agência Espacial Canadense.

Vamos ver um pouquinho de cada um deles.

Alcance dos instrumentos científicos do Telescópio Espacial James Webb

NIRCam

A NIRCam é o imageador primário do James Webb que irá abranger o intervalo entre 0,6 e 5 micrômetros de comprimento de onda no infravermelho. Esse é o instrumento que irá detectar a luz das primeiras estrelas e galáxias em seus processos de formação, assim como a população de estrelas nas galáxias próximas, estrelas jovens na Via Láctea e objetos do Cinturão de Kuiper.

A NIRCam está equipada com coronógrafos, instrumentos que permitem aos astrônomos tirar fotos de objetos muito fracos em torno de um objeto central brilhante, como sistemas estelares. Esses coronógrafos funcionam bloqueando a luz de um objeto mais brilhante, possibilitando a visualização de objetos menos brilhantes que estão próximos. Em analogia, é como a gente faz quando precisamos enxergar algo a nossa frente em um dia de Sol escaldante, levantando uma mão, tapando a luz do Sol. Com os coronógrafos, os astrônomos esperam determinar as características dos planetas orbitando as estrelas próximas.

 

NIRCam vista em uma cleanroom no Centro de Tecnologia Avançada da Lockheed Martin. Crédito: Lockheed Martin

NIRSpec

O Espectrógrafo NIRSpec funcionará em uma faixa de comprimento de onda de 0,6 a 5 micrômetros. Esse é um instrumento utilizado para dispersar a luz de um objeto em um espectro. Analisar o espectro de um objeto pode nos informar sobre suas propriedades físicas, incluindo temperatura, massa e composição química. Os átomos e as moléculas de um objeto imprimem linhas em seu espectro que digitalizam exclusivamente cada elemento químico presente e podem revelar uma riqueza de informações sobre as condições físicas presentes. Espectroscopia e espectrometria (as ciências de interpretação dessas linhas) estão entre as ferramentas mais utilizadas para explorar o cosmos.

NIRSpec sem sua cobertura.
Crédito: Astrium/NIRSpec

Muitos dos objetos que o Webb estudará, como as primeiras galáxias a se formar após o Big Bang, são tão fracos, que o espelho gigante do Webb deverá ficar por centenas de horas observando, coletando luz suficiente para formar um espectro. Para estudar milhares de galáxias durante sua missão de 5 anos, o NIRSpec foi projetado para observar 100 objetos ao mesmo tempo. Ele será o primeiro espectrógrafo no espaço que possui esta notável capacidade multi-objeto.

Para possibilitar essa façanha, os cientistas e engenheiros da Goddard tiveram que inventar um novo sistema de tecnologia microshutter para controlar a entrada de luz no NIRSpec.

Uma tecnologia única no NIRSpec que lhe permite obter esses 100 espectros simultâneos é um sistema micro-eletromecânico chamado “microshutter array”. As células microshutter da NIRSpec, cada uma aproximadamente tão largas quanto um cabelo humano, possuem tampas que se abrem e fecham quando um campo magnético é aplicado. Cada célula pode ser controlada individualmente, permitindo que ela seja aberta ou fechada para ver ou bloquear uma parte do céu.

Micro Shutter Array instalado.
Crédito: Astrium/NIRSpec

É essa capacidade de ajuste que permite que o instrumento faça espectroscopia em tantos objetos simultaneamente. Como os objetos que a NIRSpec estará analisando estão tão distantes e fracos, o instrumento precisa de uma maneira de bloquear a luz de objetos mais próximos. Os Microshutters operam de forma semelhante às pessoas que entrecerram os olhos para focar um objeto ao bloquear a luz interferente.

NIRSpec
Crédito: Astrium/NIRSpec

MIRI

O MIRI possui uma câmera e um espectrógrafo para observar a luz na região do infravermelho médio do espectro eletromagnético, cobrindo o intervalo de comprimento de onda de 5 a 28 micrômetros.

Seus detectores sensíveis permitirão a observação da luz de galáxias distantes, estrelas novas e cometas levemente visíveis, bem como objetos no Cinturão de Kuiper. A câmera da MIRI fornecerá imagens amplas e de banda larga que irão continuar a surpreendentemente astrofotografia que fez o Telescópio Espacial Hubble tão universalmente admirado. O espectrógrafo permitirá a espectroscopia de resolução média, fornecendo novos detalhes físicos dos objetos distantes que irá observar.

MIRI em seu teste de alinhamento.
Crédito: Science and Technology Facilities Council (STFC)

FGS/NIRISS

O FGS/NIRISS tem uma faixa de comprimento de onda de 0,8 a 5,0 micrômetros e é um instrumento especializado com três modos principais, cada um dos quais aborda uma faixa de comprimento de onda separada.

O FGS é um “guia”, que ajuda a apontar o telescópio com precisão, para que possa obter imagens de alta qualidade.

FGS em seu teste criogênico.
Crédito: John A. Brebner Communication Research Centre (CRC).

O NIRISS, composto de dois instrumentos, imageador de infravermelho próximo e o espectrógrafo sem fenda, serão usados para investigar o Fim da Era das Trevas, Primeira Luz, e Reionização(Períodos diferentes da cronologia do universo segundo o Big Bang). Também irá estudar a detecção, caracterização e espectroscopia de trânsito de exoplanetas.

FGS/NIRISS
Crédito: NASA/Chris Gunn

 

Auf Wiedersehen!

Fontes:

https://jwst.stsci.edu/instrumentation/nircam

https://jwst.stsci.edu/instrumentation/nirspec

http://ircamera.as.arizona.edu/MIRI/index.htm

https://jwst.stsci.edu/instrumentation/telescope-and-pointing/pointing-and-guiding

https://jwst.stsci.edu/instrumentation/niriss

Felipe Hime Miranda

Graduando em Astronomia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Astrofísico em formação, criador do Café e Ciência e atualmente bolsista CNPq no Museu de Astronomia e Ciências Afins.

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