ONDE NENHUM TELESCÓPIO CHEGOU ANTES

Desde 1931, quando Karl Jansky acidentalmente inventou o
radiotelescópio, que os astrónomos têm descoberto que existe mais e mais no
Universo que aquilo que o olho humano pode ver. Radiotelescópios, detectores de
infravermelhos e ultravioletas, satélites de raios-X e raios Gamma, todos têm
revelado detalhes de um Cosmos fervilhante de objectos exóticos como os buracos
negros e os pulsares que não se deixam ver através das oculares de um telescópio
óptico. De facto, todas as partes em que se divide o espectro electromagnético
têm revelado uma ou outra surpresa aos astrónomos.

Agora preparemo-nos para nos surpreendermos de novo. Recentemente, os cientistas
do Centro de Voo Espacial Marshall, da NASA (MSFC),
abriram uma nova banda de comprimentos de onda para a astronomia de alta
sensibilidade: os raios-X duros.

"O que nós fizemos é realmente apenas um primeiro passo", diz Brian Ramsey, o
líder da equipa do MSFC - mas é um grande primeiro passo. Utilizando um
telescópio revolucionário flutuando num balão a 40 quilómetros acima da
superfície da Terra, Ramsey e os seus colegas, incluindo os engenheiros Jeff
Apple, Kurtis Dietz e outros, capturou imagens de raios-X duros de
Cygnus X-1 (um disco de acreção de um buraco negro) e a nebulosa do Caranguejo
(os restos ferventes da explosão de uma supernova) e o seu pulsar. São os
primeiros exemplares de fotografia deste tipo de qualquer corpo celeste.

"Trata-se de um avanço científico histórico", disse Martin Weisskopf, cientista
de projecto do Observatório Espacial de Raios-X Chandra, da NASA. "Recolher as
primeiras imagens de raios-X duros focados destas fontes é um excitante marco
histórico".

Os raios-X duros são fotões com aproximadamente a mesma energia que raios-X
utilizados em medicina (> 10 KeV), ou ~20.000 vezes mais energia que a luz
visível. Estes raios-X revelam alguns dos fenómenos mais violentos do Universo,
incluindo galáxias em colisão, explosões estelares escaldantes e discos quentes
que giram à volta de buracos negros. Os astrónomos já tinham construído
detectores de raios-X duros anteriormente, mas até agora nenhum tinha sido capaz
de focar a radiação de forma a produzir imagens reais de alta sensibilidade.

"A focagem de raios-X duros é difícil, porque estes raios são absorvidos pelas
lentes e espelhos convencionais", explica Ramsey. "A única forma de reflectir um
fotão de raios-X duros é fazê-lo ressaltar de um espelho numa incidência
rasante, isto é, num ângulo muito baixo". É um pouco como fazer ressaltar pedras
na superfície de um lago. A pedra (ou o fotão de raios-X, conforme seja o caso)
apenas ressaltará se atingir superfície num ângulo muito baixo. "Os ângulos de
reflexão para os espelhos de raios-X são de apenas alguns minutos de arco",
esclarece Ramsey. "É por isso que os espelhos de raios-X têm a forma de longos
cilindros".

"O mais importante acerca da focagem de raios-X não é apenas a possibilidade de
produzir imagens detalhadas, mas também a sensibilidade", continuou. "Suponham
que enviamos para cima um detector de 1000 centímetros quadrados num balão de
grande altitude e o apontamos para a nebulosa do Caranguejo. Podemos recolher
cerca de 50 fotões de raios-X duros por segundo provenientes daquela nebulosa.
Entretanto, o detector seria também atingido por, digamos, 1000 fotões
indesejados provenientes de outras fontes, raios-X produzidos quando os raios
cósmicos colidem com a atmosfera terrestre e com a infra-estrutura da
experiência em si. É um sinal pobre para a taxa de ruído".

A vantagem dos espelhos de raios-X é que recolhem todos os fotões de uma fonte
como o Caranguejo e os focam num pequeno ponto. Assim consegue-se que a relação
do sinal em relação ao ruído suba bastante! De facto, quanto melhor for a
resolução angular do espelho, melhor será a relação sinal-ruído. É por isso que
uma boa prestação do espelho é tão importante".

Os espelhos de raios-X de incidência rasante só por si não são nada de novo. A
bordo do Observatório Espacial Chandra, da NASA, existe um espelho que focava os
raios-X de baixa intensidade e produz imagens de resolução inferior a um segundo
de arco, melhor até que aquilo que se consegue obter através dos telescópios
ópticos terrestres "O Observatório Chandra está a fazer um trabalho
extraordinário no céu dos raios-X de baixa intensidade", nota Ramsey, "mas o céu
dos raios-X duros permanece maioritariamente inexplorado porque, até agora,
nunca tínhamos tido espelho que funcionassem bem acima dos 10 KeV".

Porque não?

Ramsey explica: "Às energias dos raios-X duros, o ângulo de incidência para uma
boa reflexão é tão baixo que um único espelho oferece muito pouca área de
recolecção. A única forma de recolher fotões suficientes para formarem uma boa
imagem é utilizar muitos espelhos". Há alguns anos atrás esta técnica era cara e
complexa.

Mas já não é. Ramsey e a sua equipa utilizaram uma técnica de replicação para
produzirem em massa espelhos de raios-X de alta precisão a custos aceitáveis, e
que conseguem encaixar uns dentro dos outros para aumentarem a área de recolha.
"Chamamos a este programa Ópticas Replicadas de Alta Energia (HERO)", diz
Ramsey.

Já este ano a equipa montou um protótipo, um telescópio de raios-X de duplo
cilindro, consistindo em duas montagens de espelhos com três conchas cada um.
Este aparelho passou nos testes laboratoriais com cores voadoras, mas isso não
era suficiente. Um telescópio de raios-X é semelhante a um telescópio óptico com
a cobertura das lentes colocada. "Os raios-X de origem cósmica não atingem a
superfície da Terra", explica Ramsey, "porque a nossa atmosfera é opaca a esta
radiação de alta energia". Era altura de ir para o espaço, ou tão próximo dele
quanto se pudesse alcançar.

A 23 de Maio de 2001, a Base Nacional de Balonagem Científica dos Estados Unidos
lançou o telescópio inovador da equipa do HERO a partir de Fort Summer, a bordo
de um balão de Hélio. A carga transportada ascendeu a 40 quilómetros de
altitude, acima de 99,7 por cento da atmosfera terrestre, onde o céu é
maioritariamente transparente aos raios-X duros.

Funcionou na perfeição, diz Ramsey. Cada uma das montagens de espelhos focou
fotões de raios-X duros provenientes de Cygnus X-1 e da nebulosa do Caranguejo
num ponto de diâmetro inferior a um milímetro. "Apesar de ser uma área de
recolha de apenas quatro centímetros quadrados", diz, "os espelhos recolheram
imensos fotões destas fontes. Atingimos quase a mesma sensibilidade que um
detector de 1000 centímetros quadrados atingiria sem espelhos de focagem".

"Os nossos espelhos não foram, no entanto, o único grande avanço tecnológico",
acrescentou. "Também desenvolvemos uma câmara óptica que consegue seguir
estrelas até à 9ª magnitude em plena luz do dia". Com uma câmara assim para os
guiar, os espelhos de raios-X, montados numa plataforma de movimento controlado
na gôndola do balão, podiam manter-se apontados com exactidão durante várias
horas de cada vez. "Queríamos provar que podíamos apontar a partir de uma
plataforma móvel e alcançar a total resolução dos instrumentos ópticos, e
conseguimo-lo", diz Ramsey.

"Isto é importante", continuou, "porque os balões são bem mais baratos que as
missões espaciais". De facto, a NASA está a trabalhar no sentido de efectuar
voos de balões de duração extra-longa que permitam alcançar altitudes quase
espaciais e aí permaneçam durante 200 ou 300 dias. Com uma duração de voo
dessas, os balões poderão competir favoravelmente com os satélites orbitais
custando apenas uma fracção dos mesmos.

Por mais excitantes que os resultados sejam, diz Ramsey, "o que fizemos até
agora é apenas uma prova de que o conceito funciona". Dentro de dois a três anos
a equipa de Ramsey espera lançar um balão carregado com 240 conchas de espelhos
de raios-X. "Esse telescópio será sensível aos raios-X duros até 75 KeV, e
produzirá imagens com uma resolução de 15 segundos de arco". (A experiência de
Maio de 2001 voou com 6 conchas de espelhos, e era sensível aos fotões de 50 KeV
numa resolução de 45 segundos de arco).

E o que irão eles encontrar? "Não sabemos", diz Ramsey. Existe lá em cima um céu
completamente novo... cheio de surpresas para os membros da equipa HERO
descobrirem.