O pingente no colar de Rebecca Jensen-Clem tem cerca de uma polegada de largura, composto por 36 hexágonos de prata entrelaçados em um mosaico de colmeia. No Observatório Keck, no Havaí, exatamente o mesmo número de segmentos compõe um espelho de 33 pés, refletindo imagens de mundos inexplorados para ela estudar.
Jensen-Clem, astrônoma na Universidade da Califórnia, Santa Cruz, trabalha com o Observatório Keck para descobrir como detectar novos planetas sem sair do nosso. Normalmente, essa busca enfrenta uma série de obstáculos: vento, flutuações na densidade e na temperatura da atmosfera ou até um espelho de telescópio desalinhado podem criar um brilho da luz de uma estrela que obscurece o que está ao seu redor, tornando efetivamente invisíveis quaisquer planetas que orbitem essa estrela. E a pouca luz que a atmosfera da Terra não obscurece, ela absorve. É por isso que pesquisadores que estudam esses mundos distantes recorrem muitas vezes a telescópios espaciais que contornam por completo a atmosfera incômoda da Terra, como o Telescópio Espacial James Webb, de US$ 10 bilhões.
Mas há outra forma de superar esses obstáculos. Em seu laboratório entre as sequoias, Jensen-Clem e seus alunos experimentam novas tecnologias e software para ajudar o espelho principal em colmeia do Keck e seu espelho “deformável” menor a ver com mais nitidez. Usando medições de sensores atmosféricos, os espelhos deformáveis são projetados para ajustar rapidamente sua forma, de modo a corrigirem em tempo real as distorções causadas pela atmosfera terrestre.
Essa técnica de imagem, chamada ótica adaptativa, é prática comum desde a década de 1990. Mas Jensen-Clem quer elevar o nível com tecnologias de ótica adaptativa extrema, que visam criar a mais alta qualidade de imagem em um campo de visão pequeno. Seu grupo, em particular, faz isso enfrentando problemas relacionados ao vento ou ao próprio espelho principal. O objetivo é focar a luz estelar com tanta precisão que um planeta possa ser visível mesmo que sua estrela hospedeira seja de um milhão a um bilhão de vezes mais brilhante.
Em abril, ela e sua ex-colaboradora Maaike van Kooten foram nomeadas co-vencedoras do Prêmio New Horizons in Physics da Breakthrough Prize Foundation. O anúncio do prêmio diz que receberam essa distinção de início de carreira por seu potencial “para permitir a detecção direta dos menores exoplanetas” por meio de um repertório de métodos que as duas pesquisadoras passaram suas carreiras desenvolvendo.
Em julho, Jensen-Clem também foi anunciada como integrante de um novo comitê para o Habitable Worlds Observatory, um conceito de telescópio espacial da NASA que dedicaria sua carreira à busca por sinais de vida no universo. Ela recebeu a tarefa de definir os objetivos científicos da missão até o fim da década.
“Em ótica adaptativa, passamos muito tempo em simulações ou no laboratório”, diz Jensen-Clem. “Foi uma longa jornada até perceber que, de fato, melhorei as coisas no observatório nos últimos anos.”
Jensen-Clem há muito aprecia a astronomia por seus aspectos mais intrigantes. Na sétima série, ficou fascinada por como o tempo desacelera perto de um buraco negro quando seu pai, um engenheiro aeroespacial, lhe explicou esse conceito. Depois de iniciar a graduação no MIT, em 2008, ela se encantou com a maneira como uma estrela distante pode parecer desaparecer — ora apagando de repente, ora esmaecendo suavemente — dependendo do tipo de objeto que passa à sua frente. “Não era exatamente ciência de exoplanetas, mas havia muita sobreposição”, diz.
Durante esse período, Jensen-Clem começou a plantar as sementes de um de seus métodos premiados depois que sua assistente de ensino recomendou que ela se candidatasse a um estágio no Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA. Lá, ela trabalhou em uma montagem capaz de aperfeiçoar a orientação de um espelho grande. Tais espelhos são mais difíceis de realinhar do que os menores, deformáveis, cujos segmentos que mudam de forma se adaptam à atmosfera flutuante da Terra.
“Na época, dizíamos: ‘Ah, não seria muito legal instalar um desses no Observatório Keck?’”, diz Jensen-Clem. A ideia ficou. Ela chegou a escrevê-la em uma candidatura a bolsa quando se preparava para iniciar a pós-graduação no Caltech. E, após anos de um desenvolvimento cheio de idas e vindas, Jensen-Clem conseguiu instalar o sistema — que usa uma tecnologia chamada sensor de frente de onda de Zernike — no espelho primário do Keck há cerca de um ano. “Meu trabalho como estagiária de graduação finalmente está concluído”, diz.
O sistema, que atualmente é usado para recalibrações ocasionais em vez de ajustes contínuos, inclui um tipo especial de placa de vidro que dobra os raios de luz do espelho para revelar um padrão específico. O detetor consegue captar um desalinhamento da espessura de um fio de cabelo nessa imagem: se um hexágono é empurrado longe demais para trás ou para frente, seu brilho muda. Mesmo o menor desalinhamento é importante de corrigir, porque “quando você está estudando um objeto tênue, de repente fica muito mais suscetível a pequenos erros”, diz Jensen-Clem.
Ela também vem trabalhando para aperfeiçoar a arte de moldar o espelho deformável do Keck. Esse instrumento, que reflete a luz redirecionada a partir do espelho primário, é muito menor — tem apenas seis polegadas de largura — e foi projetado para se reposicionar até 2.000 vezes por segundo, a fim de combater a turbulência atmosférica e criar a imagem mais nítida possível. “Se você simplesmente olhar para o céu noturno e vir as estrelas cintilando, isso está acontecendo rápido. Então, nós também temos que ser rápidos”, diz Jensen-Clem.
Mesmo nessa taxa acelerada de reajuste, ainda há um atraso. O espelho deformável costuma ficar cerca de um milissegundo atrás das condições reais do lado de fora em qualquer momento. “Quando o sistema de [ótica adaptativa] não consegue acompanhar, você não vai obter a melhor resolução”, diz van Kooten, ex-colaboradora de Jensen-Clem, hoje no National Research Council Canada. Esse atraso tem se mostrado especialmente problemático em noites com vento.
Jensen-Clem achava que era um problema insolúvel. “A razão de termos esse atraso é que precisamos rodar cálculos e depois mover o espelho deformável”, ela diz. “Você nunca vai fazer essas coisas de forma instantânea.”
Enquanto ainda era pesquisadora de pós-doutorado em Berkeley, na Universidade da Califórnia, ela se deparou com um artigo que apresentava uma solução. Os autores propunham usar medições anteriores e álgebra simples para prever como a atmosfera vai mudar, em vez de tentar acompanhá-la em tempo real — o que renderia melhores resultados. Ela não conseguiu testar a ideia naquele momento, mas chegar à UCSC e trabalhar com o Keck apresentou a oportunidade perfeita.
Nessa época, Jensen-Clem convidou Maaike van Kooten para se juntar à sua equipa na UCSC como pesquisadora de pós-doutorado, por causa do interesse comum no software preditivo. “No início eu não tinha onde morar, então ela me recebeu no quarto de hóspedes”, diz van Kooten. “Ela é muito acolhedora em todos os níveis.”
Depois de criar um software experimental para testar no Keck, a equipa comparou a versão preditiva com a ótica adaptativa mais padrão, examinando o quão bem cada uma conseguia captar a imagem de um exoplaneta sem que ele ficasse “afogado” no brilho estelar. Eles descobriram que o software preditivo podia registrar até mesmo exoplanetas tênues com duas a três vezes mais nitidez. Os resultados, que Jensen-Clem publicou em 2022, foram parte do que lhe rendeu o prêmio New Horizons in Physics.
Thayne Currie, astrónomo na Universidade do Texas, em San Antonio, diz que essas novas técnicas se tornarão especialmente vitais à medida que os pesquisadores constroem instalações terrestres cada vez maiores para captar imagens de exoplanetas — incluindo projetos que vêm aí, como o Extremely Large Telescope, do Observatório Europeu do Sul, e o Giant Magellan Telescope, no Chile. “Estamos a aprender uma quantidade incrível sobre o universo, e isso é realmente impulsionado por avanços tecnológicos muito, muito recentes”, afirma Currie. “O trabalho da Dra. Jensen-Clem é um exemplo desse tipo de inovação.”
Em maio, um dos alunos de pós-graduação de Jensen-Clem voltou ao Havaí para reinstalar o software preditivo no Keck. Desta vez, o programa não é apenas um teste; ele veio para ficar. O novo software já mostrou que consegue refocalizar luz estelar artificial. Agora, terá de provar que consegue lidar com a coisa real.
Em cerca de um ano, Jensen-Clem, seus alunos e colegas vão preparar-se para uma enxurrada de observações da missão Gaia, da Agência Espacial Europeia, que recentemente concluiu mais de uma década medindo o movimento, a temperatura e a composição de bilhões de estrelas.
Quando o projeto liberar seu próximo conjunto de dados — previsto para dezembro de 2026 — a equipe de Jensen-Clem pretende caçar novos sistemas exoplanetários usando pistas como os “bamboleios” no movimento de uma estrela causados pelos puxões gravitacionais de planetas que orbitam ao seu redor. Uma vez identificado um sistema, os fotógrafos de exoplanetas poderão então “capturar” os planetas ocultos usando um novo instrumento no Keck que pode revelar mais sobre suas atmosferas e temperaturas.
Haverá uma montanha de dados para analisar — e um desafio ainda maior de luz estelar a refocalizar. Felizmente, Jensen-Clem passou mais de uma década aperfeiçoando exatamente as técnicas de que vai precisar: “Nesta mesma época, no ano que vem”, diz ela, “estaremos correndo para lançar todos os nossos truques de ótica adaptativa sobre esses sistemas e detectar o máximo possível desses objetos.”
Jenna Ahart
