Telescópio Espacial James Webb entra em nova era de imagens infravermelhas universais no Ciclo 1

Feb 24, 2024

O primeiro ano em órbita do Telescópio Espacial James Webb contou com um processo de calibração de seis meses, um ataque de micrometeoróide que destruiu o espelho e imagens infravermelhas de uma das primeiras galáxias já capturadas, GLASS-z12, cerca de 350 milhões de anos após o início do universo. O recorde anterior para tal observação foi de 400 milhões de anos após o Big Bang do GN-z11, capturado pelo Telescópio Espacial Hubble em 2016.

Webb iniciou operações científicas completas em 11 de julho, após seis meses de resfriamento, calibração e alinhamento de espelhos da instrumentação, entre outras atividades de comissionamento. Funcionários da Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) realizaram em 12 de julho uma revelação pública da primeira imagem do JWST, “Primeiro Campo Profundo de Webb”, mostrando o aglomerado de galáxias SMACS 0723 como ele apareceu há 4,6 bilhões de anos.

O “Primeiro Campo Profundo de Webb” é uma pequena fatia do universo em expansão, aproximadamente do tamanho de um grão de areia mantido à distância de um braço, de acordo com a NASA. É uma compilação de imagens tiradas em diferentes comprimentos de onda infravermelhos ao longo de 12,5 horas com a câmera infravermelha próxima (NIRCam) do JWST. Em comparação, a icônica imagem de campo profundo de 1995 do Telescópio Espacial Hubble exigiu um tempo total de exposição de mais de 100 horas, distribuídas por 10 dias de exposição em órbita.

A equipe de mais de 20.000 engenheiros que desenvolveu o Webb originalmente previu uma duração de missão de 5 a 10 anos. No entanto, após um destacamento perfeito do Ariane 5, a NASA confirmou que Webb tem propelente a jato suficiente a bordo para durar 20 anos em órbita.

Por que o Webb demorou mais de seis meses desde o seu lançamento em 25 de dezembro de 2021 para iniciar as operações científicas oficiais em julho? A implantação do JWST no segundo ponto de Lagrange (L2) – 1,5 milhão de quilômetros (km) da Terra – durou um mês com um processo de implantação em órbita que incluiu 344 possíveis falhas em pontos únicos.

A maioria dessas falhas foi superada nas primeiras duas semanas de implantação, onde os 18 segmentos hexagonais individuais do Espelho Primário folheado a ouro de Webb foram desdobrados. Usando os 155 motores fixados na parte traseira desses segmentos, o espelho foi alinhado para observar as primeiras regiões do universo, separadas pelo escudo solar de Webb da lateral do telescópio voltada para a luz e o calor gerados pelo Sol, pela Lua, Terra e outros planetas do Sistema Solar.

Após o processo de desdobramento e alinhamento do espelho, entre janeiro e abril, a equipe do Space Telescope Space Institute (STScI) que opera o JWST concentrou-se em resfriar os instrumentos infravermelhos às suas temperaturas operacionais. Este período de tempo também foi usado para calibrar e confirmar a qualidade da imagem óptica coletiva e o desempenho dos quatro instrumentos infravermelhos de Webb: o NIRCam, o Espectrógrafo de Infravermelho Próximo (NIRSpec), o Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) e o Sensor de Orientação Fina/ Imager de infravermelho próximo e espectrógrafo sem fenda (FGS/NIRISS).

O MIRI requer a temperatura operacional mais fria dos quatro instrumentos porque tem a tarefa de observar as porções mais escuras e distantes do universo na faixa de comprimento de onda do infravermelho médio de 5.000 a 28.000 nm. A câmera/espectrógrafo infravermelho médio atingiu sua temperatura operacional final de 7K (~ -447°F, -230°C) em 7 de abril, de acordo com a NASA.

Os instrumentos de infravermelho próximo – NIRCam, NIRpec, FGS/NIRISS – operam a uma temperatura mais quente de cerca de 39 K (~ -389°F, -234°C) possibilitada por um sistema de resfriamento passivo. Cada um dos outros três instrumentos atingiu as temperaturas alvo algumas semanas antes do MIRI atingir 7K.

Webb tem um total de 17 modos de instrumento. Ao concluir todo o processo de comissionamento em julho, a equipe do JWST revisou os dados de desempenho coletados de todos os 17 modos em relação aos critérios de prontidão específicos do modo para desempenho de instrumentos científicos.

Este processo foi concluído em 10 de julho, no entanto, a equipe STScI continua a fazer atualizações nos dados de calibração, desempenho e resolução coletados no JDox — o sistema online de documentação do usuário JWST que rastreia todas as atualizações relacionadas ao usuário para cada componente do sistema e aplicação no telescópio. Com base nos dados finais de comissionamento apresentados no relatório JWST Science Performance, os espelhos do JWST são mais limpos do que seus requisitos, a óptica geral está melhor alinhada e o sistema de orientação fino aponta o observatório “várias vezes com mais precisão e precisão do que o necessário”, de acordo com o relatório .