Para flagrar o nascimento de uma estrela, é preciso dispor de um poderoso complexo de telescópios.
O nome dele é ALMA.

Aurora cósmica

Por Yudhijit Bhattacharjee Fotos de Dave Yoder

Os raios do sol poente cintilam nas antenas que fazem parte da grande matriz de milímetro/submilímetro do Atacama, o telescópio ALMA, no alto do Deserto do Atacama, no Chile.

EM UMA MANHÃ de maio, duas caminhonetes cruzam a sossegada cidadezinha chilena de San Pedro,no deserto de Atacama, e entram por uma estrada de terra que sobe pela encosta da montanha. O ano é 1994, e cinco sujeitos nas caminhonetes estão empenhados em uma busca peculiar: achar o local mais alto, mais seco e mais nivelado do planeta. Orientando-se com um mapa emprestado pelos militares chilenos a um deles, o astrônomo Hernán Quintana, também chileno, os cinco estão atrás de um caminho que os leve ao topo do planalto de Chajnantor – a uma altitude de 5 mil metros, quase equivalente às dos acampamentos-base usados pelos montanhistas que escalam o monte Everest.

Com a cordilheira dos Andes formando uma barreira para as nuvens que se juntam sobre a Amazônia a leste e, a oeste, os ventos vindos do Pacífico recolhendo o pouco de umidade que resta depois que passam sobre a fria corrente do Peru (antes conhecida como corrente de Humboldt), o deserto de Atacama é uma das regiões mais secas da Terra, com uma precipitação média inferior a 15 milímetros por ano. A localização remota e a inóspita atmosfera seca e rarefeita – ideal para a observação do céu noturno – já haviam atraído vários projetos de telescópios multinacionais de grandes dimensões. Quase todos tinham como propósito vasculhar aquela parte do Cosmo acessível aos comprimentos de onda visíveis – ou seja, a porção do espectro luminoso que o olho humano é capaz de ver. No entanto, Hernán Quintana e os seus companheiros estão em busca de um local para outro tipo de telescópio, concebido para espreitar através das camadas de poeira e gás que envolvem as galáxias, giram em torno das estrelas e se estendem pelas imensidões do espaço interestelar. Esse equipamento levaria cerca de duas décadas para ser projetado, construído e montado ao custo de mais de 1 bilhão de dólares.

Antes de tudo, porém, os cinco exploradores precisam encontrar o lugar certo.

Como dançarinos perfeitamente coreografados, os pratos das antenas do ALMA giram e apontam todos
para a mesma região do céu estrelado.

OS OBJETOS EXISTENTES NO UNIVERSO irradiam energia em diversos comprimentos de onda, dependendo do quão quentes ou frios são. A explosão de uma supernova, por exemplo, é muito quente: além de emitir uma luz visível equivalente à de bilhões de sóis, também produz ondas curtas, raios X de alta energia e raios gama – todas radiações detectáveis por telescópios especializados, como o Observatório Chandra de Raio X, que a Nasa mantém em órbita. Na extremidade oposta e mais fria do espectro estão os cometas e os asteroides, que emitem comprimentos de onda na faixa do infravermelho, portanto mais longos do que os nossos olhos e os equipamentos ópticos conseguem captar.

Grande parte do Universo ainda é mais fria. As nuvens de poeira e gás que estão na origem das estrelas encontram-se apenas ligeiramente mais quentes do que o zero absoluto – a temperatura na qual os átomos ficam imóveis. O nascimento dos planetas ocorre em cenários similares, baseado em fragmentos de poeira e gás, que vão se aglomerando no interior da névoa rodopiante em volta das estrelas recém-formadas.

Na década de 1960, os astrônomos que tentaram penetrar nesse “universo gelado” logo se deram conta do quão difícil era recorrer a antenas na superfície da Terra para detectar comprimentos de onda na faixa dos milímetros e submilímetros, ou seja, ainda mais longas do que o infravermelho. O primeiro obstáculo era aprender a lidar com o gigantesco volume de estática. Diferentemente da luz visível, que se desloca através da atmosfera planetária sem sofrer muita interferência, as ondas na faixa mais baixa são absorvidas e distorcidas pelo vapor d’água, que emite radiação na mesma faixa do espectro, acrescentando um ruído terrestre às ondas que chegam dos confins do espaço. Na faixa dos milímetros e dos submilímetros, as ondas transmitem bem menos energia do que a luz visível, produzindo um sinal débil mesmo quando a antena de rádio possui uma imensa área de coleta.

A solução encontrada pelos cientistas foi instalar várias antenas, formando uma matriz única, em locais de atmosfera muito seca, combinando os sinais delas como se fossem um único telescópio. Até a década de 1980, diversos conjuntos pequenos desse tipo estavam em funcionamento no Japão, na França e nos Estados Unidos. Logo avanços técnicos tornaram viável a ideia de montar uma matriz de antenas bem maior, configurando uma imensa lente com poder de resolução acentuado. Para isso, seria preciso achar um lugar alto e plano o suficiente de modo que as antenas pudessem ser montadas com intervalos de vários quilômetros. E, se fossem transportáveis, as distâncias entre elas poderiam ser alteradas a fim de ajustar a sensibilidade do telescópio para que se revelassem detalhes mais ou menos precisos.

Na busca por um local ideal para a construção desse telescópio, os grupos de pesquisa da Europa, do Japão e dos Estados Unidos acabaram convergindo todos para o deserto do Atacama.

Uma foto composta das galáxias Antennae em colisão, a 70 milhões de anos-luz da Terra, mescla a luz visível (azul) capturada pelo Telescópio Espacial Hubble com redemoinhos jamais vistos de gás interestelar revelados em uma imagem obtida pelo telescópio ALMA. IMAGEM COMPOSTA COLORIZADA DE ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) E NASA/ESA HUBBLE SPACE TELESCOPE. FONTE: ESO

HERNÁN QUINTANA,que se debruçara sobre os mapas militares do deserto durante semanas antes da partida da expedição, na primavera de 1994, desconfiava que apenas o terreno mais alto acima de San Pedro de Atacama reuniria todas as condições necessárias. Não era fácil chegar lá.

“Foi uma viagem lenta e penosa, pois os pneus ficavam o tempo todo presos na areia”, lembra-se Riccardo Giovanelli, da Universidade Cornell, que acompanhou Quintana desde San Pedro, ao lado de Angel Otárola, do Observatório Europeu do Sul (ESO, sigla em inglês), e de Paul Vanden Bout e Robert Brown, do Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO, sigla em inglês). No meio do caminho, a caminhonete de Vanden Bout e Otárola quebrou, mas os outros seguiram em frente e chegaram ao topo do Passo de Jama.

“O céu naquele dia tinha o azul mais profundo que se poderia esperar”, conta Giovanelli. Um dos astrônomos levara um instrumento para medir a umidade do ar. O teor de vapor na atmosfera era o mais baixo que os cientistas haviam encontrado em qualquer outra parte. “Não restava a menor dúvida de que, se houvesse um lugar, teria de ser por ali mesmo”, continua Giovanelli. Pouco tempo depois, em outra viagem exploratória, Brown deu com o local apropriado: um planalto extenso e amplo aos pés do Cerro Chajnantor.

Não demorou para que os três parceiros internacionais concluíssem que, se juntassem forças, poderiam construir uma única matriz muito mais potente do que se cada qual levasse adiante um projeto próprio. Assim, em 1999, a Fundação Nacional de Ciência (o órgão estatal americano responsável pelo NRAO) e o ESO firmaram um acordo para o projeto conjunto. Acertou-se, então, que cada instituição contribuiria com 32 antenas, cada qual com 12 metros de diâmetro. Os japoneses entrariam com outras 16 antenas, que formariam uma matriz complementar.

Desse modo, teve início um esforço de duas décadas para transformar um dos locais mais solitários do mundo em um movimentado observatório de última geração. Minas terrestres instaladas décadas antes pelos militares chilenos para deter eventuais incursões da Bolívia ao norte tiveram de ser rastreadas e desativadas. Longas negociações foram necessárias para convencer uma empresa petrolífera, que planejava instalar um oleoduto na área, a modificar o trajeto das tubulações. Os protótipos das antenas tiveram de ser reprojetados após testes no estado americano do Novo México. Os custos não paravam de subir. O NRAO e o ESO não conseguiam chegar a um acordo quanto ao projeto das antenas, em parte porque cada parceiro queria privilegiar os fabricantes de seu próprio país. No final, decidiram seguir adiante com dois projetos distintos e duas cadeias de fornecedores, reduzindo para 25 o número de antenas que cabia a cada organização. Também havia o problema da falta de infraestrutura no vilarejo de San Pedro, que na época dispunha de apenas duas linhas telefônicas e um único posto de gasolina. “Tivemos de montar uma pequena cidade na encosta, no meio do nada”, comenta Al Wootten, do NRAO.

A primeira das antenas, pesando quase 100 toneladas, chegou dos Estados Unidos em abril de 2007 e foi desembarcada no porto de Antofagasta. Nos cinco anos seguintes, antenas continuaram a chegar, todas seguindo em carretas montanha acima escoltadas por carros de polícia. A montagem, para que operassem em conjunto, como um único telescópio, exigiu uma precisão assombrosa – teriam de girar juntas a um comando e apontar para o mesmo alvo no céu com diferença de tempo de apenas um segundo e meio entre elas. Para mesclar de maneira coerente os sinais de todas as antenas, seria preciso instalar um supercomputador capaz de ajustar, com mínima margem de erro, a distância percorrida pelos sinais ao longo de um cabo desde as antenas até o centro de processamento, e ao mesmo tempo compensar a dilatação do cabo devido às variações de temperatura.

O ALMA é projetado para penetrar as cortinas de poeira e gás que envolvem as galáxias, giram ao redor das estrelas e definem grandes extensões do Espaço interestelar.

A Grande Nuvem de Magalhães (no centro) destaca-se no firmamento sobre seis das antenas do ALMA. O gigantesco olho desse complexo de telescópios é capaz de espiar até os primórdios do Universo, bilhões de anos atrás, quando estrelas e galáxias ainda estavam se formando.

EM UMA CLARA MANHÃ DE ABRIL, as antenas se projetam contra o ilimitado fundo azul do firmamento. Cada uma ergue-se 12 metros acima do solo. Operadas por controle remoto, elas se movem ao clique de um botão. Duas carretas especiais, de 28 rodas, apelidadas de Otto e Lore, ficam de prontidão para, quando necessário, mover as antenas para outros locais no planalto.

Na época da sua inauguração oficial, em março de 2013, o Grande Matriz Milímetro/submilímetro do Atacama (ALMA, sigla em inglês) já começara a satisfazer as expectativas. No ano anterior, com apenas 16 antenas em operação, pesquisadores da equipe de Joaquin Vieira, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), usaram o ALMA para espreitar 26 galáxias remotas que exibiam os sinais de formação estelar. Ficaram surpresos ao notar que as galáxias estavam à distância média de 11,7 bilhões de anos-luz, o que significa que a produção de novas estrelas estava bem adiantada quando o Universo mal contava 2 bilhões de anos de idade. Antes, estimava-se que esse ritmo frenético no surgimento de estrelas tivesse começado a ocorrer pelo menos 1 bilhão de anos mais tarde.

Em julho de 2013, os astrônomos relataram que as observações feitas com o ALMA haviam contribuído para a solução de um antigo enigma: o motivo de as galáxias maciças serem tão raras. Imagens da galáxia do Escultor mostram nuvens de gás densas e frias rodopiando a partir do centro do disco galáctico. A conclusão dos astrônomos foi de que o gás estava sendo fustigado por ventos originários das estrelas recém-formadas, uma enorme perda de material de formação estelar, que poderia prejudicar o futuro crescimento da galáxia. O fenômeno pode ser uma explicação para a raridade das galáxias maciças.

O ALMA também está ajudando os astrônomos a entender como se formam os planetas. No ano passado, eles obtiveram imagens de um disco de poeira rodeando uma estrela jovem – um berçário de planetas. As imagens revelaram o que parecia ser uma armadilha de poeira no interior do disco: uma região protegida onde os pequenos grãos poderiam aderir uns aos outros e, de um em um, crescer o bastante para servir de base a um planeta. Esse foi o primeiríssimo vislumbre do início do processo de formação planetária.

Quando todas as antenas entrarem em operação, até o fim deste ano, o ALMA vai nos revelar detalhes ainda mais sutis do Universo.