Nossa gala¡xia, a Via La¡ctea, estãorepleta de poeira. As estrelas são essencialmente fa¡bricas de poeira que infundem a gala¡xia com uma nanãvoa de elementos empoeirados necessa¡rios para fazer planetas e atémesmo vida. Mas toda essa poeira pode dificultar a visualização do cosmos. Telescópios que detectam luz visível ou a³tica não podem ver atravanãs da escurida£o e, portanto, parte do que acontece no universo permanece envolto.

Felizmente para os astra´nomos, a luz infravermelha, que tem comprimentos de onda maiores do que a luz a³ptica, pode passar despercebida pela poeira. Va¡rios telesca³pios de detecção infravermelho, como o Telescópio Espacial Spitzer da NASA, tiraram proveito desse fato e revelaram muito do chamado canãu infravermelho, incluindo planetas ocultos, estrelas, buracos negros supermassivos e muito mais. A próxima fronteira para astronomia infravermelha envolve observar como o canãu infravermelho muda com o tempo, um esfora§o que Mansi Kasliwal (MS '07, PhD '11), professor assistente de astronomia na Caltech, se refere como a abertura do canãu infravermelho dina¢mico.

Para esse fim, Kasliwal planejou uma sanãrie de quatro pequenos telesca³pios infravermelhos baseados em terra que revelara£o tudo, desde explosaµes de estrelas nunca antes vistas, astera³ides e atémesmo contrapartes infravermelhas a colisaµes estelares que enviam ondas atravanãs do espaço e do tempo conhecidas como ondas gravitacionais .

O ambicioso plano comea§a com Palomar Gattini-IR , um instrumento roba³tico agora em operação no Observatório Palomar, e ira¡ incluir dois instrumentos adicionais, chamados WINTER (Wide-field Infrared Transient Explorer) e DREAMS (Dynamic Red All-Sky Monitoring Survey) ambos em construção. A etapa final do plano éconstruir um instrumento destinado a  Anta¡rtica, onde as temperaturas frias levam a visaµes ainda mais na­tidas do canãu infravermelho.

“Estamos mudando o jogo”, diz Kasliwal. "Estamos construindo pequenos telesca³pios que fazem grande ciência"

Palomar Gattini-IR, ou apenas Gattini para abreviar, refere-se a  palavra italiana para gatinhos, gattini , e veio da colaboradora de Kasliwal, Anna Moore, professora de astronomia da Australian National University, que usava o termo para se referir casualmente a sua própria frota de pequenos telesca³pios na Anta¡rtica. "O nome pegou", explica Kasliwal. Palomar Gattini-IR tem estado ocupado digitalizando roboticamente os canãus de seu poleiro em uma pequena cúpula no Observatório Palomar desde 2019 e já produziu alguns resultados interessantes.

Um artigo recente aceito no The Astrophysical Journal relata a primeira estimativa real do número de explosaµes de novas, ou novas, que ocorrem em nossa gala¡xia Via La¡ctea por ano (a resposta écerca de 46). As Novae não são tão brilhantes quanto as supernovas, mas ainda assim poderosas e podem brilhar brevemente mais do que um milha£o de sãois. Eles ocorrem quando uma anãbranca, o núcleo queimado de uma estrela, extrai material suficiente de uma estrela companheira para causar uma explosão. Acredita-se que essas explosaµes semeiam nosso universo com muitos dos elementos que constituem nossa tabela peria³dica; na verdade, acredita-se que as novas sejam as principais produtoras de la­tio em nossa gala¡xia.

Mas as novas podem ser difa­ceis de encontrar porque muitas vezes ficam dentro da faixa espessa e empoeirada de nossa Via La¡ctea. Estimativas anteriores da taxa de novas em nossa gala¡xia eram extremamente incertas, com apenas cerca de uma daºzia de novas descobertas a cada ano.

"Havia pouco consenso atéagora sobre a taxa de novas em nossa gala¡xia", diz Kishalay De (MS '18), um estudante de graduação na Caltech e autor principal do estudo de Gattini sobre novas. "As novas podem ser escondidas atrás de enormes colunas de poeira, de modo que pesquisas a³pticas não puderam encontra¡-las."

Os resultados das novas demonstram o poder de uma pesquisa infravermelha como a de Gattini, que varre todo o canãu do norte a cada duas noites. As novas descobertas eram "insanamente fa¡ceis de detectar", de acordo com Kasliwal, porque elas brilham intensamente quando vistas em luz infravermelha.

"Este érealmente um estudo inovador", disse Allen Shafter, um especialista em nova na San Diego State University. "A poeira limita o alcance das pesquisas a³ticas de nova a um volume relativamente pequeno de espaço perto do sol. Como resultado, as estimativas a³ticas da taxa de nova gala¡ctica exigem uma extrapolação grande e incerta da taxa de nova na vizinhana§a solar em toda a extensão de nossa gala¡xia, a Via La¡ctea. O novo estudo da nova infravermelha de Gattini aumentou muito o volume do espaço que pode ser pesquisado diretamente, reduzindo assim a extensão da extrapolação necessa¡ria e resultando em uma estimativa mais precisa da taxa de nova gala¡ctica do que tem sido possí­vel atéagora. "

Caltech éum pioneiro no campo da astronomia infravermelha . Os professores de astronomia Gerry Neugebauer (PhD '60) e Robert Leighton (BS '41 e PhD '47) projetaram e construa­ram um dos primeiros telesca³pios infravermelhos do mundo . Mais tarde, Neugebauer e Tom Soifer (BS '68), o Harold Brown Professor of Physics, Emeritus, ajudaram a criar a primeira missão espacial para realizar uma missão de pesquisa infravermelha de todo o canãu, chamada IRAS (Infrared Astronomical Satellite), que foi lana§ado em 1983 e levou a  criação do Centro de Ana¡lise e Processamento de Infravermelho da Caltech, agora denominado simplesmente IPAC .

Outros projetos de infravermelho do IPAC incluem o 2MASS (Two Micron All-Sky Survey) baseado em solo, que fez a varredura de todo o canãu de 1997 a 2001; O Telescópio Espacial Spitzer da NASA , um telesca³pio irmão do Telescópio Espacial Hubble que encerrou suas operações em 2020; e o WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) da NASA, agora chamado NEOWISE (Near-Earth Object WISE) e dedicado principalmente a  busca de asteroides.

Esses levantamentos infravermelhos anteriores catalogaram milhões de asteroides, estrelas, gala¡xias e outros objetos nunca antes vistos, e tinham resoluções melhores do que Gattini, mas não varreram todo o canãu tão rapidamente.

"Estamos fazendo uma grande parte do que o 2MASS fez todas as noites", diz De. "Gattini éo primeiro levantamento do canãu infravermelho dina¢mico, ou mutante. Trocamos a resolução por um amplo campo de visão que nos permite capturar regularmente todo o canãu noturno." O telesca³pio de Gattini tem apenas 30 centa­metros de tamanho, mas seu campo de visão éespantosos de 25 graus quadrados, 40 vezes maior do que qualquer telesca³pio infravermelho anterior ou atual.

"Caltech éum pioneiro tanto para astronomia infravermelha quanto para astronomia no doma­nio do tempo, então são faz sentido combinarmos as duas no primeiro levantamento infravermelho dina¢mico do canãu", disse Kasliwal. A astronomia no doma­nio do tempo refere-se a pesquisas noturnas do canãu em mudança; Zwicky Transient Facility (ZTF) da Caltech éum instrumento chave neste campo em crescimento , mas ao contra¡rio de Gattini, detecta luz a³ptica.

O instrumento Gattini foi construa­do na Caltech por Kasliwal e sua equipe, incluindo alunos de graduação e pós-graduação. Ele foi instalado pela primeira vez na Palomar em 2018 e levou algum tempo para ser calibrado e configurado para funcionar automaticamente. "Deixamos o telesca³pio por conta própria para operar roboticamente", disse De. "Então, os dados caa­ram do canãu para os nossos computadores, graças ao nosso pipeline de dados."

Um dos desafios na concepção de um instrumento de pesquisa como Gattini éo desenvolvimento de software. O software de Gattini analisa automaticamente enormes quantidades de dados para detectarmudanças no canãu todas as noites. De passou seis meses desenvolvendo o software e o pipeline de dados para o projeto como parte de sua tese de doutorado.

"Essas técnicas de software são de importa¢ncia primordial para os futuros telesca³pios baseados no espaço também", diz De, "porque elas removem o borra£o causado pela atmosfera da Terra e, portanto, podem, em princa­pio, obter imagens extremamente na­tidas."

Agora que o Gattini estãoinstalado e funcionando, os astrônomos estãominerando seus dados para uso em vários projetos. Por exemplo, a professora de astronomia do Caltech, Lynne Hillenbrand, e sua equipe usaram os dados do instrumento para ajudar a descobrir uma rara estrela jovem estourando escondida por nuvens de poeira. O grupo de Hillenbrand já havia descoberto uma estrela semelhante com a ajuda do NEOWISE.

"Gattini pode detectar com exclusividade objetos que estãotão enterrados na poeira que não são vistos na luz visível, e que brilham tão rapidamente que apenas Gattini varre o canãu rápido o suficiente para identifica¡-los", diz Hillenbrand.

Os pra³ximos planos de Kasliwal para abrir os canãus infravermelhos dina¢micos são INVERNO e SONHOS. O WINTER, que atualmente estãosendo construa­do no MIT sob a liderana§a do colaborador de Kasliwal, Rob Simcoe (PhD '04), um professor de física, estãoprogramado para iniciar as operações em Palomar no outono de 2021. DREAMS estãosendo construa­do por uma equipe liderada por Moore estãona Austra¡lia e estãoprogramado para iniciar as operações no Observatório Siding Springs em 2022. Ambos os telesca³pios usara£o detectores infravermelhos de última geração, mais eficientes do que os de Gattini.

A etapa final éconstruir um telesca³pio infravermelho na Anta¡rtica que aproveitara¡ o ar frio. "O canãu noturno éincrivelmente brilhante na luz infravermelha, mas é40 vezes mais escuro na Anta¡rtica em comprimentos de onda infravermelhos, o que se deve em parte a s baixas temperaturas", explica Kasliwal.

Outra razãopara construir um telesca³pio de pesquisa no Pa³lo Sul éporque, junto com os do Norte, eles cobrira£o todo o canãu. "a‰ sempre noite em algum lugar", diz ela.

Um dos sonhos de Kasliwal éser capaz de identificar fusaµes catacla­smicas de estrelas de naªutrons, eventos drama¡ticos que produzem o que os astrônomos chamam de kilonovas. Essas explosaµes são ainda mais poderosas do que as novas e acredita-se que gerem uma quantidade significativa dos elementos mais pesados ​​do universo, incluindo ouro e platina. A equipe de Kasliwal identificou uma dessas explosaµes junto com outros grupos em 2017, quando o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) identificou pela primeira vez as ondas gravitacionais produzidas pela colisão. A ocasia£o marcou a primeira vez que ondas gravitacionais e luz foram detectadas no mesmo evento e ajudou a inaugurar o campo da astronomia de multimensageiros (onde ondas gravitacionais, luz e neutrinos são os mensageiros).

Desde então, o LIGO detectou dezenas de eventos adicionais de ondas gravitacionais, mas nenhum foi visto simultaneamente na luz. Kasliwal suspeita que isso pode ser devido ao fato de que kilonovas inerentemente produzem muito mais infravermelho do que luz a³ptica e, portanto, estãosendo perdidos por telesca³pios a³pticos. Cada etapa do plano de Kasliwal - Gattini, WINTER, DREAMS e um futuro instrumento na Anta¡rtica - tem a capacidade de descobrir os kilonovas ocultos com sensibilidades crescentes. Tambanãm épossí­vel que um dos telesca³pios consiga capturar uma tão procurada fusão de estrela de naªutrons e buraco negro, que poderia ser ainda mais luminosa na luz infravermelha do que colisaµes de estrelas de naªutrons.

“Ha¡ muito que se pode fazer com pequenos telesca³pios terrestres”, diz ela. "Nossas pequenas equipes são muito a¡geis e permitem que nos divirtamos, corramos riscos e tentemos algo novo. Temos a liberdade de sonhar grande."