SECOM Apresenta: Projeto SPARC4

Meu nome é Cláudia Vilega Rodrigues. Eu sou pesquisadora titular da Divisão de Astrofísica do INPE – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – do MCTI – Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação, onde trabalho desde 1994. Sou graduada em Física pela Universidade de São Paulo, onde também fiz meu mestrado e meu doutorado em astronomia.

Um dos projetos nos quais eu estou trabalhando no momento é a construção de um instrumento astronômico chamado SPARC4, do qual eu sou a líder. As principais instituições envolvidas nesse desenvolvimento são o INPE e o Laboratório Nacional de Astrofísica (LNA)/MCTI, onde o instrumento está sendo construído. Antes de falarmos do instrumento em si, é relevante comentar que um instrumento astronômico, ou grande parte deles, está acoplado a um telescópio. O instrumento que a gente está construindo funciona nos comprimentos de onda visíveis, isso quer dizer que é um instrumento que detecta a luz dos objetos astrofísicos no visível. Essa luz é do mesmo tipo da que a gente vê, isto é, que o nosso olho tem capacidade de detectar. A gente usa um telescópio óptico, que é desenhado para funcionar nesses comprimentos de onda. O telescópio onde o instrumento SPARC4 será instalado possui 1,6 metros de diâmetro e está instalado no Observatório do Pico dos Dias, que fica no sul de Minas Gerais, na cidade de Brasópolis. Esse observatório é gerenciado pelo LNA, que é a instituição parceira na construção desse instrumento.

Agora vamos falar do instrumento. SPARC4 é um acrônimo de um termo em inglês, Simultaneous Polarimeter and Rapid Camera in Four Bands . Esse instrumento  é uma câmera rápida que obtém simultaneamente quatro imagens de uma dada região do céu. Cada uma dessas imagens é obtida num dado intervalo de frequência, isto é, em uma dada cor. Então são obtidas quatro imagens, cada uma numa cor. Esse instrumento é desenhado para medir o fluxo total de fontes puntiformes em um pequeno pedaço do céu. Como opção, o usuário pode também medir a polarização da luz, que é uma propriedade da luz que a gente pode usar para entender melhor os objetos astrofísicos. A polarização da luz é usada, por exemplo, na tecnologia de cinema 3D. Cada uma das lentes dos óculos 3D é sensível a uma polarização diferente. Por sua vez, a luz da tela produz duas imagens polarizadas diferentemente.  E as diferentes polarizações da luz acopladas com os óculos nos dá a impressão de tridimensionalidade das imagens. A SPARC4 permite medir o fluxo e/ou a polarização de objetos puntiformes no céu.

Para que construir esse instrumento? Esse observatório já tem instrumentos similares, mas são instrumentos que obtêm apenas uma imagem em uma dada cor por vez, quer dizer que se você quiser ter a imagem de um objeto em diferentes cores, você tem que tirar uma imagem, mudar o filtro (que determina a cor da imagem a ser obtida), fazer outra imagem, e assim por diante. E com a SPARC4, a gente consegue tirar quatro imagens (em diferentes cores) de uma única vez, então é como se a gente multiplicasse por quatro a capacidade de obtenção de dados do observatório. Vale dizer que obter imagens em diferentes cores é algo muito importante para a gente entender as propriedades físicas dos objetos astrofísicos. A luz que chega no telescópio é branca, isto e’, chegam todas as cores. No instrumento, essa luz branca é separada em quatro cores por elementos óticos e cada um desses feixes, que são aproximadamente azul, verde, vermelho e infravermelho, é directionado para um detector, que é um detector CCD. Um detector CCD é algo que quem sabe vocês não conheçam de nome, mas certamente vocês estão familiarizados com ele, se vocês tem um celular que tira foto. Isto e’, se você tem um celular que tira foto, quer dizer que a foto é registrada por um CCD. No instrumento SPARC4, a imagem é detectada por um CCD em cada um desses quatro braços do instrumento. A diferença do detector que a gente usa em astronomia com relação ao do celular é que é um detector muito mais sensível, é um detector de baixo ruído, porque a gente trabalha com níveis de luz em astronomia muito menores do que a gente tem no dia a dia. Em astronomia, é como se a gente estivesse tirando a foto de um lugar muito, muito escuro  e mesmo assim a gente quer detectar o  pouquinho de luz que tem naquele lugar. Então é mais ou menos isso que faz o instrumento. Esse instrumento aumenta a eficiência do observatório por permitir a aquisição de quatro imagens simultaneamente em diferentes cores. Ele também tem características para a gente conseguir obter dados de objetos variáveis. Imaginem uma estrela variável e que a gente queira medir a variabilidade dessa estrela em quatro cores para determinar alguma propriedade física, por exemplo, saber a temperatura, saber o tamanho. Se você quisesse obter a variabilidade do objeto em quatro cores, você tinha basicamente duas escolhas. Ou você media a variabilidade em uma cor durante algum tempo e depois fazia em outra ou você vai chaveando as cores: tira uma imagem numa cor, outra imagem na outra e daí vai alternando as cores. Só que se o seu objeto varia entre uma imagem e outra, entre uma sequência e outra. Assim, você não tem exatamente o mesmo estado. Por outro lado,  quando você tira as imagens simultaneamente, você tem a garantia de que aquelas quatro imagens do objeto estão exatamente no mesmo estad.Isso provavelmente vai nos trazer uma maior  qualidade dos dados, e a gente vai poder estudar bem melhor esses objetos.

Esse projeto é um projeto que já vem sendo desenvolvido há muitos anos e a gente teve a felicidade de, em novembro do ano passado (2022), ter a primeira luz desse instrumento, quer dizer que a gente acoplou o instrumento no telescópio (de noite), apontamos o telescópio para várias regiões do céu e fizemos as primeiras imagens. Foi o debut do instrumento. A gente não conseguiu testar completamente o modo polarimétrico, mas a gente testou bastante o modo fotométrico, que é aquele onde a gente não mede a polarização, mas apenas o fluxo. O instrumento funcionou bastante bem, apesar de ainda ter coisas para melhorar. Em fevereiro de 2023, a gente vai ter uma segunda missão no telescópio, o que a gente chama de missão de comissionamento, que é justamente essas primeiras observações, é o teste, a montagem final do instrumento já no telescópio, onde a gente vai ver ele funcionando e ver se realmente ele funciona como o esperado. Esperamos testar o modo polarimétrico e alguns outros pequenos subsistemas que ainda não estavam completamente operacionais.

A gente prevê que nesse primeiro semestre de 2023, a gente termine o comissionamento, quer dizer, o instrumento estaria testado, de modo a poder entrega-lo para o observatório e liberar o uso do instrumento para toda a comunidade de astrônomos que tem acesso a esse observatório, que é qualquer pessoa do mundo. Qualquer pessoa do mundo pode fazer o pedido de tempo para usar o observatório. E a SPARC 4 vai ser um dos instrumentos disponíveis para os usuários do Observatório dos Picos dos Dias (OPD). Nos próximos anos, nossa intenção é usar a SPARC4 no OPD, realmente vê-la funcionando, e fazer a ciência para a qual ela foi projetada. A gente não vai dizer que não vamos partir para outro projeto, mas eu imagino que nos próximos anos o ideal seria a gente explorar o instrumento. Você faz a casa e tem que morar um pouquinho, aproveitar, para só depois de um tempo pensar em fazer outra e mudar de casa novamente.