Nesta ilustração, o escudo de calor, de várias camadas, do Telescópio Espacial James Webb da NASA estende-se por baixo do espelho de "favo de mel" do observatório. O escudo solar foi o primeiro passo para arrefecer os instrumentos infravermelhos do Webb, mas o MIRI (Mid-Infrared Instrument) requer ajuda adicional para atingir a sua temperatura de funcionamento.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

O Telescópio Espacial James Webb da NASA vai ver as primeiras galáxias formadas após o Big Bang, mas para isso os seus instrumentos primeiro precisam de ficar frios - realmente frios. No dia 7 de abril, o MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb - desenvolvido em conjunto pela NASA e pela ESA - atingiu a sua temperatura final de funcionamento abaixo dos 7 K (-266º C).

Juntamente com os outros três instrumentos do Webb, o MIRI arrefeceu inicialmente à sombra do escudo de calor do Webb, do tamanho de um campo de ténis, caindo para cerca de 90 K (-183º C). Mas a queda para menos de 7 K exigiu um dispositivo de arrefecimento elétrico. Na semana passada, a equipa passou um ponto particularmente desafiante, chamado "pinch point", no qual o instrumento passa de 15 K (-258º C) para 6,4 K (-267º C).

"A equipa de arrefecimento do MIRI investiu muito trabalho no desenvolvimento do procedimento para este 'pinch point'," disse Analyn Schneider, gestora de projeto do MIRI no JPL da NASA no sul da Califórnia. "A equipa estava ao mesmo tempo entusiasmada e nervosa, entrando na atividade crítica. No final, foi uma execução típica deste procedimento e o desempenho do instrumento é ainda melhor do que o esperado."

A baixa temperatura é necessária porque todos os quatro instrumentos do Webb detetam luz infravermelha - comprimentos de onda ligeiramente maiores do que aqueles que os olhos humanos podem ver. Galáxias distantes, estrelas escondidas em casulos de poeira, planetas para lá do nosso Sistema Solar, todos emitem luz infravermelha. Mas o mesmo acontece com outros objetos quentes, incluindo o próprio hardware eletrónico e ótico do Webb. O arrefecimento dos detetores dos quatro instrumentos e do hardware circundante suprime estas emissões infravermelhas. O MIRI deteta comprimentos de onda infravermelhos mais longos do que os outros três instrumentos, o que significa que precisa de ficar ainda mais frio.

Outra razão pela qual os detetores do Webb precisam de estar frios é para suprimir algo chamado corrente escura, ou corrente elétrica criada pela vibração dos átomos nos próprios detetores. A corrente escura imita um sinal verdadeiro nos detetores, dando a falsa impressão de terem sido atingidos pela luz de uma fonte externa. Esses sinais falsos podem "afogar" os sinais reais que os astrónomos querem encontrar. Uma vez que a temperatura é uma medida de quão rápido os átomos do detetor estão a vibrar, a redução da temperatura significa menos vibração, o que, por sua vez, significa menos corrente escura.

A capacidade do MIRI de detetar comprimentos de onda infravermelhos mais longos também o torna mais sensível à corrente escura, pelo que necessita de ficar mais frio do que os outros instrumentos para remover completamente esse efeito. Por cada grau que a temperatura do instrumento sobe, a corrente escura sobe por um factor de cerca de 10.

Assim que o MIRI alcançou 6,4 K, os cientistas começaram uma série de verificações para se certificarem que os detetores estavam a funcionar como esperado. Tal como um médico que procura qualquer sinal de doença, a equipa do MIRI analisa os dados que descrevem a saúde do instrumento, depois dá ao instrumento uma série de comandos para ver se ele pode executar corretamente as tarefas. Este marco é o culminar do trabalho de cientistas e engenheiros de várias instituições para além do JPL, incluindo a Northtop Grumman, que construiu o dispositivo de arrefecimento e o Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, que supervisionou a integração do MIRI e do refrigerador no resto do observatório.

"Passámos anos a treinar para esse momento, correndo os comandos e as verificações que fizemos no MIRI," disse Mike Ressler, cientista do projeto MIRI no JPL. "Foi como um guião de um filme: tudo o que devíamos ter feito estava escrito e ensaiado. Quando os dados dos testes apareceram, fiquei entusiasmado por ver que eram exatamente como esperado e que tínhamos um instrumento saudável."

Há ainda mais desafios que a equipa terá que enfrentar antes do MIRI poder dar início à sua missão científica. Agora que o instrumento está à temperatura de funcionamento, os membros da equipa vão tirar imagens de teste de estrelas e outros objetos conhecidos que podem ser utilizados para a calibração e para verificar o funcionamento e funcionalidade do instrumento. A equipa vai realizar estes preparativos juntamente com a calibração dos outros três instrumentos, fornecendo as primeiras imagens científicas do Webb este verão.

"Estou imensamente orgulhoso por fazer parte deste grupo de cientistas e engenheiros altamente motivados e entusiasmados, vindos de toda a Europa e dos EUA," disse Alistair Glasse, cientista do instrumento MIRI do ATC (Astronomy Technology Centre), em Edimburgo, Escócia. "Este período é a nossa 'prova de fogo', mas já é claro para mim que os laços pessoais e o respeito mútuo que construímos ao longo dos últimos anos é o que nos levará nos próximos meses a fornecer, à comunidade astronómica mundial, um instrumento fantástico."