A observação do céu a partir da Terra é frequentemente prejudicada pelos caprichos da nossa atmosfera, que distorce a luz das estrelas e galáxias. Uma inovação matemática recente pode mudar este cenário, tornando as imagens dos telescópios terrestres tão nítidas quanto possível, sem a necessidade de deixar o nosso planeta.
O novo algoritmo, batizado de ImageMM, foi desenvolvido pelo matemático Yashil Sukurdeep da Universidade Johns Hopkins. Ele baseia-se no método de Majorização-Minimização, uma abordagem matemática que permite modelar como a luz atravessa a atmosfera turbulenta. Ao compreender essas distorções, o algoritmo pode corrigi-las digitalmente, revelando detales anteriormente ocultos. Os testes no telescópio Subaru de oito metros, localizado no Mauna Kea no Havaí, mostraram melhorias significativas em relação às técnicas anteriores.
Comparação de uma imagem típica do Subaru (esquerda), sua melhoria com técnicas anteriores (centro) e o resultado final com ImageMM (direita).
Crédito: Yashil Sukurdeep (Johns Hopkins University) et al/Subaru Telescope. A atmosfera terrestre atua como um véu em movimento, distorcendo a luz através de variações de temperatura, pressão e partículas em suspensão. Este fenômeno, chamado de "seeing" pelos astrónomos, faz as estrelas cintilarem e reduz a nitidez das imagens. Para remediar isso, os cientistas utilizam sistemas de ótica adaptativa que ajustam em tempo real os espelhos dos telescópios, mas estes métodos não eliminam todas as imperfeições. O ImageMM vai mais longe ao analisar uma série de observações imperfeitas para reconstruir uma imagem quase ideal, como se estivéssemos a observar através de um ar de calma absoluta.
A aplicação prevista para o ImageMM diz respeito ao observatório Vera C. Rubin no Chile, que iniciará as suas operações científicas este ano. Um dos seus objetivos é mapear a matéria escura no Universo medindo como a sua massa distorce ligeiramente a luz das galáxias, um efeito denominado lente gravitacional fraca. Ao aperfeiçoar as imagens, o algoritmo permitirá detetar essas distorções com maior precisão, essencial para desvendar os mistérios desta componente invisível do Universo.
Embora os telescópios espaciais como o Hubble e o James Webb ofereçam imagens de melhor qualidade, eles têm um campo de visão restrito. Em contrapartida, o Vera C. Rubin cobre uma ampla porção do céu, equivalente a sete luas cheias. Ao combinar esta extensão com a nitidez proporcionada pelo ImageMM, os astrónomos poderão realizar estudos em grande escala com resolução melhorada. Como destacou Tamás Budavári da Johns Hopkins, mesmo um pequeno ganho em qualidade pode ter um impacto enorme nas observações dos observatórios terrestres que custam milhares de milhões.
Os resultados promissores do ImageMM abrem caminho para uma nova era na astronomia terrestre. Ao empurrar os limites da resolução, esta ferramenta pode ajudar a responder a questões fundamentais sobre a estrutura do Universo. Os trabalhos foram publicados na
The Astronomical Journal, marcando um passo importante em direção a observações mais claras e precisas a partir do nosso planeta.
Ótica adaptativa: corrigir as turbulências atmosféricas em tempo real
A ótica adaptativa é uma tecnologia utilizada nos grandes telescópios terrestres para compensar os efeitos da atmosfera. Ela funciona projetando um laser no céu para criar uma estrela artificial de referência, cujas flutuações são medidas continuamente.
Um computador analisa estes dados e comanda atuadores que deformam ligeiramente o espelho do telescópio, várias centenas de vezes por segundo. Estes ajustes contrariam as distorções atmosféricas, permitindo obter imagens mais nítidas.
Esta técnica é particularmente útil para a observação de planetas, estrelas e galáxias próximas, onde a resolução é primordial. Ela permitiu rivalizar com os telescópios espaciais para algumas aplicações, sem os elevados custos de lançamento.
No entanto, a ótica adaptativa não elimina completamente o desfoque e pode ser limitada pelas condições meteorológicas. É por isso que algoritmos como o ImageMM complementam estes sistemas em pós-processamento para atingir uma qualidade de imagem ideal.
Fonte: The Astronomical Journal