Uma equipe de astrônomos está revivendo uma ideia que a NASA deixou de lado há uma década: um enorme observatório instalado na Lua. Apelidado de “Ultimately Large Telescope”, a instalação superaria facilmente qualquer outro telescópio de sua classe e localizaria objetos que existem na teoria, mas nunca foram vistos.

Um grande telescópio de espelho líquido instalado na superfície lunar poderia realizar uma tarefa que nenhum outro telescópio consegue: procurar os sinais das primeiras estrelas no universo. Mesmo o poderoso Telescópio Espacial James Webb, que está programado para ser lançado em 31 de outubro de 2021, não será capaz de ver as primeiras estrelas.

É o que dizem astrônomos da Universidade do Texas em Austin, que detalharam sua argumentação em um artigo a ser publicado em uma futura edição do Astrophysical Journal (uma pré-impressão está disponível no arXiv).

Imagem conceitual do Ultimately Large Telescope. A versão proposta pelos autores do novo estudo seria cinco vezes maior que esta. Crédito: Roger Angel et al./University of Arizona

O conceito remonta a 2008, quando uma equipe de astrônomos da Universidade do Arizona propôs o telescópio lunar de espelho líquido. A NASA flertou com a ideia logo depois, mas acabou abandonando o conceito devido à escassez de pesquisas científicas relevantes relacionadas às estrelas da População III — as primeiras estrelas a aparecer no universo. Um telescópio na Lua seria capaz de perscrutar o espaço sem ser impedido por efeitos atmosféricos e poluição luminosa.

“Ao longo da história da astronomia, os telescópios se tornaram mais poderosos, permitindo-nos sondar fontes de tempos cósmicos sucessivamente anteriores — cada vez mais perto do Big Bang”, disse Volker Bromm, coautor do artigo, em um comunicado do Observatório McDonald da Universidade do Texas. “O próximo Telescópio Espacial James Webb (JWST) alcançará o momento em que as galáxias se formaram pela primeira vez.”

O problema é que o JWST — por mais poderoso que seja — não será capaz de detectar objetos menores e mais escuros que existiam antes da formação das galáxias, as chamadas estrelas Pop III. O “momento da ‘primeira luz’ está além das capacidades até mesmo do poderoso JWST e, em vez disso, precisa de um telescópio ‘definitivo’”, disse Bromm.

Estrelas Pop III surgiram alguns cem milhões de anos após o Big Bang, tendo sido geradas a partir de uma mistura gasosa de hidrogênio e hélio. A teoria sugere que elas eram de dezenas a centenas de vezes maiores que o nosso Sol, mas mesmo assim, isso não é páreo para o tamanho e a luminosidade de uma galáxia inteira. Como tal, as estrelas Pop III escaparam à detecção.

Dito isso, os autores do novo estudo, liderados por Anna Schauer, pesquisadora associada do Hubble da NASA, afirmam que as estrelas Pop III deveriam ser detectáveis. Nós apenas temos que identificar seus locais de surgimento, que devem assumir a forma de “mini auréolas”. As primeiras estrelas nasceram dentro de minúsculas protogaláxias, mas as luminosidades desses objetos são “muito fracas para serem detectadas mesmo pelos tempos de exposição mais longos”, como os autores escrevem em seu artigo.

“Nossa galáxia vizinha, Andrômeda, tem cerca de um trilhão de estrelas, e podemos vê-la a olho nu apenas em locais muito escuros na Terra”, explicou Schauer por e-mail. “Essas minúsculas primeiras galáxias têm de 10 a 1.000 estrelas e estão muito mais distantes — a luz levou mais de 13 bilhões de anos para chegar à Terra. Ambos os fatores atuam juntos, e esperamos que as mini auréolas sejam cerca de 100 trilhões de vezes mais fracas do que Andrômeda.”

Ao estudar as estrelas Pop III, podemos analisar as condições no universo primitivo, acrescentou ela.

“No início do universo, antes do surgimento das primeiras estrelas, a matéria visível era composta apenas de hidrogênio e hélio. As estrelas são necessárias para ‘criar’ elementos superiores, por exemplo, oxigênio e carbono, que são fundamentais para a vida”, disse Schauer. “Estamos fazendo simulações de computador para entender melhor as estrelas Pop III, mas ainda não temos certeza de quão massivas e grandes eram essas primeiras estrelas e se elas se formaram em aglomerados maiores ou menores. Essas perguntas podem ser respondidas com observações.”

É aí que um observatório lunar pode ajudar. E, de fato, Schauer e seus colegas calcularam os números, descobrindo que um telescópio-espelho suficientemente grande na superfície lunar deveria resolver o problema. Niv Drory, coautor e cientista pesquisador sênior do Observatório McDonald, disse que o Ultimately Large Telescope proposto é “perfeito” para o desafio.

Situado no polo norte ou sul da Lua, o espelho estacionário mediria 100 metros de diâmetro. O telescópio seria autônomo e alimentado por uma estação de energia solar próxima. O observatório iria transmitir dados para um satélite colocado em órbita lunar.

O espelho do telescópio seria feito de líquido, ao invés de vidro, pois esta solução é mais leve e mais acessível em termos de transporte. O espelho teria que girar continuamente para manter a superfície do líquido em uma forma parabólica. Um líquido metálico cobriria a camada superior do espelho para fornecer a refletividade necessária. Para evitar que o excesso de calor estrague o show, o telescópio seria construído dentro de uma cratera de impacto e colocado dentro de uma sombra perpétua.

Como os autores escrevem, no entanto, “não está claro que efeito a poeira lunar teria sobre o instrumento e as observações”.

Perscrutando o cosmos, o Ultimately Large Telescope se fixaria em um único pedaço do céu para absorver o máximo de luz possível, enquanto busca mini auréolas no infravermelho próximo e em desvios para o vermelho extremo (objetos cuja luz é muito desviada para o vermelho — o que significa que os comprimentos de onda foram estendidos pela expansão do espaço — estão mais longe e, quanto mais longe olhamos para o espaço, mais profundamente no tempo veremos). Como os autores observam em seu artigo, as mini auréolas devem produzir uma assinatura distinta, portanto, devem ser “identificadas de forma inequívoca”.

Claro, não estaríamos olhando diretamente para as estrelas Pop III, mas sim para seus locais de formação — uma espécie de evidência da sua existência e, certamente, o máximo que poderemos ter.

Olhando para o futuro, Schauer está animada com o lançamento do JWST, que permitirá aos cientistas estudar o universo primitivo, incluindo a primeira geração de estrelas que apareceu após a formação das estrelas Pop III.

“Para o futuro, espero que teóricos e observadores trabalhem juntos para desenvolver ainda mais a tecnologia para este telescópio lunar”, disse ela. “Eu também espero que os humanos retornem à Lua, para potencialmente estabelecer um local onde o ULT poderia ser construído.”

Esta não é a única proposta para construir um grande telescópio na Lua. O roboticista do JPL da NASA Saptarshi Bandyopadhyay esboçou sua visão para um observatório lunar, que seria construído dentro de uma grande cratera de impacto. Ao contrário do Ultimately Large Telescope (que procura fontes de luz infravermelha), o Lunar Crater Radio Telescope seria um radiotelescópio de comprimento de onda ultralongo capaz de detectar alguns dos sinais mais fracos — e mais distantes — viajando pelo espaço. O projeto de Bandyopadhyay está atualmente na fase um do programa Innovative Advanced Concepts (NIAC) da NASA.

Talvez vejamos uma fase um do NIAC da NASA para o Ultimately Large Telescope algum dia. As primeiras estrelas estão ficando impacientes.