Telescópio James Webb vai nos mostrar o passado

O feito astronômico mais importante dos últimos anos vai nos permitir entender o nascimento do universo

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O lançamento do Telescópio Espacial James Webb será o mais importante da década. É o mais caro objeto único já enviado ao espaço, com investimento de dez bilhões de dólares; e aquele que levou mais tempo para ser concebido, com dez anos de planejamento e outros 20 de construção. Com um espelho formado por hexágonos de 6,5 metros revestidos de ouro, o telescópio conseguirá enxergar à distância de até 13,6 bilhões de anos luz. Para comparação: o James Webb será capaz de “ver” corpos celestes 100 vezes mais apagados do que o Telescópio Hubble consegue registrar. 

Hubble, o telescópio que nos deu as imagens mais incríveis e famosas da astronomia até hoje, vai continuar desempenhando suas funções, que são diferentes daquelas que o Webb foi projetado para realizar. Enquanto o Hubble está desde 1990 em uma órbita próxima à Terra (a 547 km de altura), o Webb vai circular um ponto imaginário (ponto de Lagrange) alinhado com a Terra e o Sol, distante 1,5 milhões de quilômetros. Além disso, os telescópios perceberão o universo em espectros de luz de frequências diferentes. Enquanto o Hubble é especializado na frequência da luz ultravioleta, a razão pela qual o espelho do Webb é coberto por uma camada de ouro é exatamente o fato de o ouro ser o elemento que melhor reflete a luz infravermelha. 

A expectativa é que o James Webb obtenha imagens muito diferentes das do Hubble. Primeiro, porque há estrelas que, ao morrerem, ficam cada vez mais frias e passam a emitir luz em um comprimento de onda maior, tendendo para o infravermelho. Existe também o Efeito Doppler relativístico, que faz com que a frequência da luz emitida por objetos que se movem para longe tenda para frequências menores. Isso reflete um dos propósitos do Telescópio: enxergar onde as lentes do Hubble não alcançaram. Mais estranho ainda: enxergar quando o Hubble não alcança. Seremos capazes de ver o passado, apenas 100 milhões de anos após a formação do universo.

Como é possível ver o passado? 

Pouco após o Big Bang, o universo era como uma sopa quente de partículas subatômicas (prótons, nêutrons e elétrons). Quando o universo começou a esfriar, os prótons e nêutrons puderam se combinar em átomos ionizados de hidrogênio (e eventualmente um pouco de hélio). Esses átomos ionizados de hidrogênio e hélio atraíram elétrons, transformando-os em átomos neutros – o que permitiu que a luz viajasse livremente pela primeira vez, já que essa luz não estava mais se dispersando em elétrons livres. O universo não era mais opaco!

No entanto, ainda demoraria algum tempo (talvez até algumas centenas de milhões de anos) até que as primeiras fontes de luz começassem a se formar, encerrando a era das trevas cósmicas. Não se sabe exatamente como era a primeira luz do universo (isto é, estrelas que fundiram os átomos de hidrogênio existentes em mais hélio) e exatamente quando essas primeiras estrelas se formaram. Estas são algumas das perguntas que Webb foi projetado para nos ajudar a responder.

Quando falamos que a estrela mais próxima da Terra, Próxima Centauri, está há quatro anos luz de distância, isso significa que a luz emitida por ela precisa viajar por quatro anos até nos alcançar. Assim, vemos a imagem que Centauri emitiu há quatro anos, no passado. Dessa forma, a luz deixando as estrelas e galáxias há 13,6 bilhões de anos luz de distância daqui, leva 13,6 bilhões de anos para chegar a nós. O universo tem 13.77 bilhões de anos. 

Imagine a luz deixando as primeiras estrelas e galáxias há 13,6 bilhões de anos e viajando através do espaço e do tempo para alcançar nossos telescópios. Estamos essencialmente vendo esses objetos como eles eram quando a luz os deixou pela primeira vez, 13,6 bilhões de anos atrás. No momento em que essa luz nos alcança, sua cor ou comprimento de onda mudou para o vermelho, algo que chamamos de “redshift”, ou Efeito Doppler relativístico. Por quê?

Você pode já ter ouvido falar que o universo está se expandindo. Nesse caso específico, é porque o espaço entre os objetos distantes se estende, fazendo com que os objetos (galáxias) se afastem uns dos outros. Qualquer luz neste espaço também se estenderá, mudando o comprimento de onda da luz para comprimentos de onda mais longos. Isso pode tornar objetos distantes muito escuros (ou invisíveis) em comprimentos de onda de luz visíveis, e essa luz chega até nós na frequência do infravermelho. É para ver as primeiras estrelas e galáxias que precisamos do James Webb.