Como os radiotelescopios detectam sinais do espaço profundo

Os radiotelescopios não se parecem com telescópios ópticos, mas funcionam com o mesmo princípio básico: coletar luz, focalizá-la e analisá-la. A diferença é o comprimento de onda. De acordo com o Observatório Nacional de Radioastronomia dos EUA (NRAO), os radiotelescopios observam comprimentos de onda aproximadamente entre 1 milímetro e 10 metros, muito mais longos do que os poucos centenas de nanômetros da luz visível, é por isso que suas 'lentes' são pratos de metal em vez de vidro.

Transformar um sussurro fraco em dados utilizáveis

O NRAO descreve os sinais de rádio cósmicos como assombrosamente fracos, observando que um único sinal de telefone celular carrega aproximadamente um bilhão de bilhões de vezes mais potência do que as fracas ondas de rádio cósmicas que esses telescópios são construídos para detectar. Para capturar algo útil, um radiotelescopio precisa de uma grande área coletora e eletrônicos sensíveis.

• Um prato parabólico, cuja forma curva reflete as ondas de rádio incidentes para um único ponto de foco acima
• Um chifre alimentador nesse ponto de foco, um funil de metal dimensionado ao comprimento de onda sendo estudado, que canaliza as ondas para o receptor
• Um receptor, geralmente super-resfriado, que detecta o sinal e o passa para o amplificador
• Um amplificador que aumenta o sinal antes de ser gravado para análise

Ligação de telescópios: interferometria

Um único prato, por maior que seja, não pode corresponder ao detalhe fino que um telescópio óptico pode alcançar. O NRAO explica que os radioastrônomos resolvem isso com interferometria: apontando várias antenas para o mesmo objeto e usando um supercomputador chamado correlator para combinar seus sinais como se viessem de um telescópio gigante. Porque o mesmo sinal cósmico chega a cada antena em um instante ligeiramente diferente, as diferenças de tempo resultantes permitem aos astrônomos reconstruir muito mais detalhes do que qualquer prato único poderia capturar sozinho. O NRAO observa que os correlators podem funcionar em velocidades de femtossegundo, realizando até 16 quatrilhões de operações por segundo, e que seu Arranjo de Base Muito Longa espalha antenas através de continentes, sincronizadas por relógios atômicos de maser de hidrogênio precisos a alguns bilionésimos de segundo.

Imagem de um buraco negro com um telescópio do tamanho da Terra

A demonstração mais clara dessa técnica é o Telescópio do Horizonte de Eventos (EHT). De acordo com o NRAO, liga oito radiotelescopios baseados em terra distribuídos globalmente, que observaram juntos durante uma campanha de 2017 usando interferometria de base muito longa para que agissem como um único instrumento aproximadamente do tamanho da Terra. Cada telescópio gravou aproximadamente 350 terabytes de dados por dia; as gravações foram posteriormente transportadas para correlators especializados no Instituto Max Planck de Radioastronomia e no Observatório Haystack do MIT para serem combinadas.

O alvo era o buraco negro supermassivo no centro da galáxia M87. Seu horizonte de eventos abrange aproximadamente 40 bilhões de quilômetros, mas a partir da Terra o anel brilhante resultante ao redor de sua sombra media apenas cerca de 40 microarcsegundos de largura — uma escala que o NRAO compara a 'medir o comprimento de um cartão de crédito na superfície da Lua'. Os dados combinados produziram a primeira imagem da sombra de um buraco negro.

Capturando flashes de fração de segundo de todo o universo

Nem todo radiotelescopio depende de um prato. CHIME, o Experimento Canadense de Mapeamento de Intensidade de Hidrogênio no Observatório de Radioastronomia Dominion na Colúmbia Britânica, usa quatro refletores cilíndricos de meia tubagem fixa sem peças móveis, de acordo com o MIT Physics. Em vez de hardware de direcionamento, seu correlator processa aproximadamente 7 terabits de dados por segundo para reconstruir digitalmente sinais chegando de milhares de direções no céu simultaneamente.

Esse design tornou o CHIME extraordinariamente eficaz em capturar rajadas de rádio rápidas (FRBs), flashes de milissegundos de energia de rádio do espaço profundo. Em seu primeiro ano de operação, 2018–2019, o CHIME detectou 535 novas FRBs, quase quadruplicando os aproximadamente 140 surtos conhecidos mundialmente até aquele ponto, relatou o MIT Physics. A colheita incluiu 18 fontes que explodiram repetidamente, um padrão que sugeriu que FRBs repetidas e de uma só vez podem surgir de diferentes mecanismos astrofísicos.

O prato mais largo do mundo e o que vem a seguir

O Telescópio Esférico de Abertura de Quinhentos Metros da China (FAST), construído em um vale natural na província de Guizhou, tem um prato de 500 metros feito de aproximadamente 4.400 painéis de alumínio ajustáveis, dando-lhe uma abertura efetiva de cerca de 300 metros em qualquer momento, de acordo com EarthSky. Observa comprimentos de onda de 10 centímetros a 4,3 metros e possui aproximadamente o dobro da área coletora do prato Arecibo de 305 metros que superou em tamanho. FAST tornou-se totalmente operacional em janeiro de 2020 e começou a alocar cerca de 10% de seu tempo de observação para pesquisadores internacionais em agosto de 2021.

Essa sensibilidade se traduziu em uma colheita recorde de pulsares — estrelas de nêutrons que giram rapidamente e que varrem feixes de ondas de rádio pela Terra como um farol. A partir de outubro de 2025, o FAST havia identificado 1.152 pulsares, mais do que o total combinado encontrado por outros telescópios em todo o mundo durante o mesmo período, relatou a emissora estatal chinesa CGTN.

O próximo salto em escala já está em construção. O Observatório SKA está construindo dois arranjos complementares, de acordo com sua própria descrição do projeto: SKA-Low na Austrália Ocidental, com 131.072 antenas distribuídas em uma linha de base máxima de 74 quilômetros, e SKA-Mid na África do Sul, com 197 antenas de prato abrangendo uma linha de base máxima de 150 quilômetros. Juntos, os dois sites pretendem permitir aos astrônomos estudar a estrutura galáctica, os ambientes ao redor de buracos negros e ondas gravitacionais com maior detalhe do que os instrumentos existentes permitem.