O Webb foi concebido para detectar radiação infravermelha, com comprimentos de onda acima de 0.6 µm (micrómetro, a milionésima parte do metro) e estendendo-se até aos 28 µm. Porquê observar radiação infravermelha, invisível, por natureza, aos nossos olhos?
A opção do Webb pelo infravermelho deve-se principalmente a 3 factores:
- Alguns objectos celestes, os mais frios, são mais brilhantes no infravermelho do que no visível.
- A radiação infravermelha passa com mais facilidade através de nuvens de poeira permitindo ver o que se passa no interior das mesmas.
- O comprimento de onda da radiação proveniente do universo mais distante alonga-se à medida que a mesma se aproxima de nós, o que transporta a região visível do espectro para o infravermelho.
A opção pelo infravermelho vem também complementar a de telescópios que o antecederam, o Hubble Space Telescope, sensível a radiação desde o ultravioleta (0.09 µm) até aos princípios do infravermelho (2.5 µm), e o Spitzer Space Telescope, optimizado para radiação com comprimentos de onda ainda mais longos, atingindo a região do espectro das microondas.
Tudo emite radiação
É verdade: tudo emite radiação electromagnética. O comprimento de onda da radiação emitida por um objecto ou ser vivo depende da temperatura do mesmo. Assim, enquanto a superfície de estrela ou uma vela acesa têm temperaturas nos milhares de ºC e emitem radiação com comprimentos de onda no visível (cerca de 0.5 µm), os seres humanos e animais, com temperaturas por volta dos 35 ºC a 40 ºC, emitem radiação com comprimentos de onda no visível (cerca de 10 µm).
Óculos especiais desenvolvidos para bombeiros e militares, e sensores desenvolvidos para a indústria automóvel tiram partido da radiação emitida por pessoas e animais para os detectar no escuro, no meio de vegetação, ou através de fumo (ver imagem).
O início e o fim das estrelas e planetas
Ora as estrelas tanto no início como perto do fim das suas vidas têm temperatura muito mais baixas que o Sol, e assim brilham mais no infravermelho. Planetas gigantes como Júpiter e o processo de formação (e destruição) de planetas em discos que envolvem a estrela anfitriã também emitem radiação infravermelha.
Assim, o Webb, equipado com os seus detectores infravermelhos e o maior espelho alguma vez lançado para o espaço, pode estudar todos estes objectos e processos em grande detalhe.
Porque é que o céu é azul?
Um arco-íris mostra-nos que a luz que nos chega do Sol é uma sobreposição de várias cores (ou comprimentos de onda). Gotículas de água na atmosfera funcionam como prismas e subdividem a luz nas diferentes cores. A componente da luz perto do violeta e azul, de comprimento de onda mais curto, é reflectida e desviada em todas as direcções por moléculas e poeiras na atmosfera, enquanto a componente de comprimento de onda mais longo, na região do vermelho passa por esses obstáculos com mais facilidade. É exactamente por sofrer uma grande dispersão na atmosfera que a luz azulada “pinta” o céu de azul.
Pelo mesmo princípio, se queremos estudar processos no universo que se desenrolam por detrás de nuvens de gás e poeira, temos que recorrer a radiação com comprimentos de onda mais longos ainda do que o vermelho, na região do infravermelho. A imagem abaixo mostra quão transparente se torna uma nuvem de gás e poeira, no interior da qual estão a nascer estrelas, quando a observamos no infravermelho versus uma imagem no visível.
A teoria da relatividade
Uma das consequências da teoria da relatividade geral Einstein é que o espaço em que vivemos se tem vindo a expandir desde o big bang. Essa expansão não resulta do aparecimento de mais espaço, tipo soprar num balão que acrescenta ar ao mesmo. O que se passa é que o próprio espaço “estica” — novamente como um balão, mas agora a superfície que aumenta de área sem acrescentarmos mais borracha.
Ora o esticar do espaço estica também a radiação que nele se propaga. Assim, o comprimento de onda de radiação emitida há 13 biliões de anos, na infância do universo, chega-nos esticado. O que era luz visível à partida torna-se luz infravermelha à chegada ao telescópio Webb.
Assim, para estudarmos a primeira geração de galáxias e vermos o que veríamos com os nossos próprios olhos no tempo em que o universo era menino (ou menina) temos que olhar para a luz que nos chega no infravermelho.
Saber mais
- O espectro e as ondas electromagnéticas
- https://webbtelescope.org/webb-science/the-observatory/infrared-astronomy
- https://webb.nasa.gov/content/about/faqs/faq.html#ir
- https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2021/06/Why_study_the_Universe_in_infrared
- https://www.nasa.gov/content/goddard/webb-conversations-its-all-about-infrared-why-build-the-james-webb-space-telescope
