J-PAS: Brasil e Espanha iniciam o maior mapa 3D do Universo

O Observatório Astrofísico de Javalambre (OAJ) começou a coletar os primeiros dados do Projeto Javalambre Physics of the Accelerating Universe Astrophysical Survey ( J-PAS ). Coliderado no Brasil pelo Observatório Nacional, unidade de pesquisa do Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação (ON/MCTI) e pelo Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG/USP), este projeto vai observar milhares de graus quadrados do céu visível a partir da serra de Javalambre em Aragón, Espanha e mapear centenas de milhões de galáxias e estrelas, com o objetivo final de avançar na nossa compreensão do Universo, e em particular, da natureza da Energia Escura, estudando a estrutura em grande escala do Universo.

O J-PAS é gerenciado por meio de uma colaboração científica internacional com mais de 250 pesquisadores de 18 países. O projeto é coordenado pelo Centro de Estudos de Física do Cosmos de Aragón (CEFCA) e pelo Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), na Espanha, e pelo ON/MCTI e IAG-USP, no Brasil.

O J-PAS fornecerá um mapeamento tridimensional de grande porte e sem precedentes do Universo nessa década com o JST250, um telescópio de grande campo de visão. O telescópio cobre uma área celeste equivalente aproximadamente a 20 luas cheias. A câmera panorâmica JPCam, que contém mais de 1,2 bilhão de pixels, é atualmente a segunda maior câmera astronômica do mundo, formada por um mosaico de 14 detectores CCDs de 9.200 por 9.200 pixels cada um, sendo efetivamente os maiores CCDs do mundo.

O grande diferencial do J-PAS é o seu sistema fotométrico inédito e singular que conta com 56 filtros fotométricos exclusivos de baixa largura definidos especificamente para o projeto, que permite produzir foto-espectros de todos os objetos no campo de visão. Tudo isso torna o "conjunto" JPCam-JST250 uma máquina perfeitamente adequada para mapear o Universo e medir distâncias extragalácticas com a precisão necessária para fins cosmológicos.

Telescópio JST250 do OAJ (esquerda) e seu instrumento científico a câmera JPCam instalada(direita). Crédito da imagem: Centro de Estudos de Física do Cosmos de Aragão (CEFCA).

A produção da JPCam foi primariamente de responsabilidade brasileira, com maioria do financiamento advindo da FINEP/MCTI, mas com contribuições significantes também de FAPERJ, Observatório Nacional, FAPESP, Governo de Aragón, Ministério da Ciência e Inovação da Espanha. O design, planejamento e desenvolvimento da JPCam levou quase oito anos, dada sua complexidade única no mundo, com participação de técnicos, engenheiros e cientistas do ON, do IAG/USP, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), no Brasil, e da CEFCA e do IAA na Espanha.

“ A construção da JPCam foi um empreendimento formidável que se estendeu por vários anos, devido ao seu design intrincado e de características únicas. No entanto, ela se destaca como um testemunho da dedicação incansável e da perseverança dos profissionais envolvidos no projeto. O trabalho árduo e a tenacidade dessas pessoas não apenas empurraram os limites da tecnologia, mas também estão abrindo novos horizontes na nossa compreensão do cosmos ”, afirma Dr. Renato Dupke, Diretor Científico e Investigador Principal do projeto no Brasil.

As primeiras observações do J-PAS ocorrem após um árduo processo de verificação, ajuste fino e otimização da JPCam no JST250, realizado por uma equipe de pesquisadores, engenheiros e técnicos do CEFCA. No Outono de 2023, começou a última fase de comissionamento da JPCam, que foi recentemente concluída com sucesso após confirmar que o sistema JPCam-JST250 atende e até supera os requisitos técnico-científicos inicialmente previstos.

"O J-PAS ilustra bem o tempo entre a concepção de um projeto científico e seu início. Começamos a pensar no que viria a ser o J-PAS em 2009, e apenas 14 anos mais tarde ele começa a produzir os dados que queremos obter. Foi o trabalho incessante de cientistas e engenheiros, no Brasil e na Espanha, ao longo de todo esse período, que tornou isso possível. Agora os dados coletados pelo telescópio vão nos ajudar a saciar nossa curiosidade científica, ajudando a responder  inúmeras perguntas sobre o cosmos. E na verdade continuarão a fazer isso por muito tempo, representando mesmo um legado para as gerações futuras. " comenta Dr. Laerte Sodre Jr. Professor Titular no IAG/USP e co-PI do projeto no Brasil.

Em particular, sua excelente qualidade de imagem em todo o campo de visão é notável. O Dr. Antonio Marín, vice-diretor do OAJ e chefe do projeto JPCam no CEFCA, explica: "O JPCam é um protótipo, no sentido de que não há outra câmera como essa no mundo. Os 14 detectores CCD de grande formato que estão integrados no instrumento foram desenvolvidos especificamente para este projeto, bem como sua eletrônica de controle complexa e o próprio sistema de filtros J-PAS. Devido à sua complexidade tecnológica muito alta, a caracterização, validação e comissionamento final do JPCam foram um desafio que exigiu novos desenvolvimentos de engenharia durante a fase de comissionamento."

Até agora, os primeiros 15 graus quadrados do mapeamento com os 56 filtros J-PAS foram observados (equivalente a uma área de 60 luas cheias). Embora isso seja apenas o começo, os dados já incluem informações sobre um milhão de estrelas e galáxias. Devido ao amplo campo de visão do JST250, cada imagem JPCam ocupa aproximadamente 1 GB, e centenas de imagens podem ser capturadas a cada noite de observação. O grande volume de dados gerados pelo J-PAS faz com que o OAJ tenha um centro de dados específico para o armazenamento, gerenciamento e calibração de dados científicos.

O J-PAS é um projeto que deixará um grande legado para a comunidade científica internacional, pois se propõe a fornecer uma visão única do Universo. Tanto em termos da qualidade quanto da quantidade de informações que fornecerá para cada um dos centenas de milhões de objetos astronômicos que observará sistematicamente, o projeto abre novos desafios em quase todas as áreas da astrofísica.

Dr. Jailson Alcaniz, Diretor do Observatório Nacional e pesquisador responsável pelo Centro de Dados do J-PAS no Brasil explica: “ O início das observações e obtenção dos primeiros dados da colaboração J-PAS coroa um esforço conjunto de cientistas brasileiros e espanhóis na construção deste que será o maior mapa tridimensional do céu. A análise dos dados do J-PAS exigirá desenvolvimentos em computação de alto desempenho e aprofundará significativamente a nossa compreensão do universo que nos cerca. Certamente, eles contribuirão para a formação da nova geração de astrônomos em várias partes do mundo .”

Dr. Raul Abramo, Professor Titular no Instituto de Física da USP e Representante do IAG/USP na Colaboração ressalta que “O J-PAS está permitindo a participação e liderança de cientistas brasileiros num dos maiores e mais inovadores mapas do universo da atualidade. A partir de hoje teremos inúmeras oportunidades para novas descobertas e aplicações desses dados, seja por pesquisadores sêniores, estudantes de pós-graduação e mesmo estudantes de graduação. Desse modo, o J-PAS está alavancando o desenvolvimento de uma geração de astrônomos e físicos que trabalham na fronteira do conhecimento sobre a energia escura e a origem das galáxias e das estruturas cósmicas .

“Apesar do J-PAS ter um objetivo principal cosmológico, graças ao seu design inovador, ele se revela como uma impressionante máquina espectrofotométrica, capaz de capturar foto-espectros de baixa resolução de cada um dos 1,2 milhão de pixels de sua câmera. Isso promete deixar um legado de inestimável valor para virtualmente todas as disciplinas da astrofísica ”, explica a Dra. Simone Daflon, Coordenadora de Astronomia e Astrofísica do ON.

Os dados do J-PAS são comparados com os dados espectroscópicos disponíveis. A imagem de fundo é uma pequena região em uma das exposições da banda-i do J-PAS. As inserções apresentam J-PAS espectros (ou J-espectro) para alguns objetos no campo. Crédito: Centro de Estudos de Física do Cosmos de Aragão (CEFCA).

O OAJ e o Projeto J-PAS são financiados na Espanha pela CEFCA e pelos Governos de Aragão e Espanha por meio do Fondo de Inversiones de Teruel, Fundos Europeus de Desenvolvimento Regional, o Plano de Recuperação, Transformação e Resiliência (NextGenerationEU) do Ministério da Ciência e Inovação da Espanha e pela Agência Espanhola de Pesquisa Estatal. No Brasil, as agências brasileiras FINEP, FAPESP, FAPERJ, Observatório Nacional do Brasil financiaram a JPCam e o Projeto J-PAS. Recursos adicionais para o J-PAS foram fornecidos pelo Observatório de Tartu, da Estônia, e pelo Consórcio Astronômico Chinês do J-PAS.

Contato e informações complementares:

www.j-pas.org

• Dr. Renato Dupke (Diretor Científico do J-PAS), Observatório Nacional. E-mail: rdupke@on.br

• Dr. Raul Abramo (Representante do IAG/USP), instituto de Física, USP E-mail: abramo@fma.if.usp.br