Intensidade computada do vórtice coronagraph para uma única fonte pontual. Crédito da imagem: Grover Swartzlander. Clique para ampliar
"Algumas pessoas dizem que eu estudo a escuridão, não a óptica", brinca Grover Swartzlander.
Mas é um tipo de escuridão que permitirá aos astrônomos ver a luz.
Swartzlander, professor associado da Faculdade de Ciências Óticas da Universidade do Arizona, está desenvolvendo dispositivos que bloqueiam a deslumbrante luz das estrelas, permitindo que os astrônomos estudem planetas em sistemas solares próximos.
Os dispositivos também podem ser valiosos para microscopia óptica e podem ser usados para proteger os sistemas de câmera e imagem do brilho.
O núcleo dessa tecnologia é uma “máscara de vórtice óptico” - um chip de vidro fino, minúsculo e transparente, gravado com uma série de etapas em um padrão semelhante a uma escada em espiral.
Quando a luz atinge a máscara, ela diminui mais nas camadas mais espessas do que nas mais finas. Eventualmente, a luz é dividida e a fase é alterada, de modo que algumas ondas ficam 180 graus fora de fase com outras. A luz gira através da máscara como vento em um furacão. Quando atinge o “olho” desse twister óptico, as ondas de luz que estão 180 graus fora de fase se cancelam, deixando um núcleo central totalmente escuro.
Swartzlander diz que isso é como a luz seguindo os fios de um parafuso. O tom do “parafuso” óptico - a distância entre duas roscas adjacentes - é crítico. "Estamos criando algo especial em que o tom deve corresponder a uma mudança na fase de um comprimento de onda da luz", explicou ele. "O que queremos é uma máscara que essencialmente corte este plano, ou folha, da luz que entra e o enrole em um feixe helicoidal contínuo".
"O que descobrimos recentemente é incrível, do ponto de vista teórico", acrescentou.
"Matematicamente, é lindo."
Os vórtices ópticos não são uma idéia nova, observou Swartzlander. Mas foi apenas em meados dos anos 90 que os cientistas puderam estudar a física por trás disso. Foi quando os avanços nos hologramas gerados por computador e na litografia de alta precisão tornaram essa pesquisa possível.
Swartzlander e seus alunos de pós-graduação, Gregory Foo e David Palacios, chamaram a atenção da mídia recentemente quando a “Optics Letters” publicou seu artigo sobre como as máscaras de vórtice óptico poderiam ser usadas em telescópios poderosos. As máscaras poderiam ser usadas para bloquear a luz das estrelas e permitir que os astrônomos detectassem diretamente a luz de um planeta 10 bilhões de vezes mais escuro que orbita a estrela.
Isso poderia ser feito com um "coronagraph de vórtice óptico". Em um coronagraph tradicional, um disco opaco é usado para bloquear a luz de uma estrela. Mas os astrônomos que estão procurando planetas fracos perto de estrelas brilhantes não podem usar o coronagraph tradicional porque o brilho da luz das estrelas difere em torno do disco, obscurecendo a luz refletida no planeta.
"Qualquer pequena quantidade de luz difratada da estrela ainda sobrecarregará o sinal do planeta", explicou Swartzlander. "Mas se a espiral da máscara de vórtice coincidir exatamente com o centro da estrela, a máscara criará um buraco negro onde não há luz dispersa e você verá qualquer planeta ao lado".
A equipe da UA, que também incluiu Eric Christensen, do Laboratório Lunar e Planetário da UA, demonstrou um protótipo de vórtice no coronário no telescópio Mount Lemmon de 60 polegadas do Observatório Steward, há dois anos. Eles não conseguiram procurar planetas fora do nosso sistema solar porque o telescópio de 60 polegadas não está equipado com óptica adaptativa que corrige a turbulência atmosférica.
Em vez disso, a equipe tirou fotos de Saturno e seus anéis para demonstrar com que facilidade essa máscara poderia ser usada com o sistema de câmeras existente de um telescópio. Uma foto do teste está online no site da Swartzlander, http://www.u.arizona.edu/~grovers.
Os parágrafos coronais de vórtice óptico podem ser valiosos para futuros telescópios espaciais, como o Terrestrial Planet Finder (TPF) da NASA e a missão da Agência Espacial Européia em Darwin, observou Swartzlander. A missão TPF usará telescópios espaciais para medir o tamanho, a temperatura e a colocação de planetas tão pequenos quanto a Terra nas áreas habitáveis de sistemas solares distantes.
"Estamos solicitando doações para criar uma máscara melhor - para realmente melhorar esse aspecto para obter uma ótica de melhor qualidade", disse Swartzlander. "Podemos demonstrar isso agora em laboratório para raios laser, mas precisamos de uma máscara de boa qualidade para nos aproximarmos do necessário para um telescópio".
O grande desafio é desenvolver uma maneira de gravar a máscara para obter "um grande zero gordo de luz" em sua essência, disse ele.
Swartzlander e seus alunos de pós-graduação estão fazendo simulações numéricas para determinar o tom apropriado para máscaras helicoidais nos comprimentos de onda ópticos desejados. Swartzlander registrou uma patente para uma máscara que cobre mais de um comprimento de onda ou cor da luz.
Os fundos do Gabinete de Pesquisa do Exército dos EUA e da Proposição 301 do Estado do Arizona apóiam esta pesquisa.
O Escritório de Pesquisa do Exército financia pesquisas básicas em ciências ópticas, embora o trabalho de Swartzlander também tenha aplicações práticas de defesa.
Máscaras ópticas de vórtice também podem ser usadas em microscopia para aumentar o contraste entre os tecidos biológicos.
Fonte original: UA News Release
