Primeiras Imagens do Telescópico Espacial James Webb (JWST)

Hoje, às 11:30 no horário de Brasília, a Nasa divulgou as primeiras imagens oficiais obtidas pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST). 

As imagens foram colorizadas artificialmente, pois o JWST captura o espectro na faixa do infravermelho. A Near Infrared Camera (NIRCam) é o principal gerador de imagens do Webb, cobrindo  a faixa de comprimento de onda infravermelho de 0,6 a 5 mícrons. O Mid-Infrared Instrument (MIRI) possui uma câmera e um espectrógrafo que captura a luz na região do infravermelho médio do espectro eletromagnético na faixa de comprimento de onda de 5 a 28 mícrons. 

Para produzir as imagens coloridas exibidas abaixo, o JWST usou suas câmeras infravermelhas para coletar várias imagens em escala de cinza. Seis filtros capturaram diferentes comprimentos de onda de luz infravermelha. Cada filtro teve uma cor a ele alocada. O filtro que captura o comprimento de onda mais longo é o vermelho, o filtro para comprimento de onda mais curto, o azul, com as outras cores do espectro visível alocadas aos filtros intermediários. Ao combinar essas imagens, a imagem composta final apresenta todas as cores visíveis nas fotos abaixo.

Para ampliar as imagens, clique sobre elas.

Nebulosa Carina: A Nebulosa Carina é uma das maiores e mais brilhantes nebulosas do céu, localizada a aproximadamente 7.600 anos-luz de distância, na constelação de Carina. As nebulosas são berçários estelares onde as estrelas se formam. A Nebulosa Carina é o lar de muitas estrelas massivas, várias vezes maiores que o Sol.

WASP-96 b (espectro): WASP-96 b é um planeta gigante, fora do nosso sistema solar, composto principalmente de gás. O planeta, localizado a cerca de 1.150 anos-luz da Terra, orbita sua estrela a cada 3,4 dias. Tem cerca de metade da massa de Júpiter e sua descoberta foi anunciada em 2014.

Nebulosa do Anel Sul: A nebulosa do Anel Sul, ou nebulosa “Eight-Burst”, é uma nebulosa planetária – uma nuvem de gás em expansão, envolvendo uma estrela moribunda. Tem quase meio ano-luz de diâmetro e está localizada a aproximadamente 2.000 anos-luz de distância da Terra.

Quinteto de Stephan: A cerca de 290 milhões de anos-luz de distância, o Quinteto de Stephan está localizado na constelação de Pégaso. É notável por ser o primeiro grupo compacto de galáxias descoberto em 1877. Quatro das cinco galáxias dentro do quinteto estão presas em uma dança cósmica de repetidos encontros imediatos.

SMACS 0723: Aglomerados maciços de galáxias em primeiro plano ampliam e distorcem a luz dos objetos atrás delas, permitindo uma visão de campo profundo em populações de galáxias extremamente distantes e intrinsecamente fracas. Milhares de galáxias – incluindo os objetos mais fracos já observados no infravermelho – apareceram na visão do Webb pela primeira vez. Esta fatia do vasto universo é aproximadamente do tamanho de um grão de areia, mantido à distância de um braço, por alguém no chão. Esse campo profundo, obtido pela Near-Infrared Camera (NIRCam) do Webb, é uma composição feita a partir de imagens em diferentes comprimentos de onda, totalizando 12,5 horas de exposição– alcançando profundidades em comprimentos de onda infravermelhos, além dos campos mais profundos do Telescópio Espacial Hubble, o que levou semanas. A imagem mostra o aglomerado de galáxias SMACS 0723 como era há 4,6 bilhões de anos. A massa combinada desse aglomerado de galáxias atua como uma lente gravitacional, ampliando galáxias muito mais distantes localizadas atrás dele. A câmera NIR do Webb trouxe essas galáxias distantes para um foco nítido – elas têm estruturas minúsculas e fracas que nunca foram vistas antes, incluindo aglomerados de estrelas e características difusas.

Referêmcia: https://www.nasa.gov/webbfirstimages

Nebulosa da Águia - M16

A Nebulosa da Águia (Messier 16, NGC 6611) é um jovem aglomerado estelar aberto localizado na constelação de Serpente e seu nome deriva da forma de sua nuvem interestelar protoestelar em torno do aglomerado, que lembra uma águia. A fotografia da nebulosa  tomada pelo Telescópio Espacial Hubble no início de abril de 1995 ficou conhecida como os "Pilares da Criação" e mostra pilares de gás estelar e poeira contida na nebulosa. Situa-se a aproximadamente 7 000 anos-luz em relação à Terra e sua magnitude aparente é igual a 6,4. É parte de uma nebulosa de emissão difusa, uma região HII, região de gás e poeira que recentemente, em termos astronômicos, começou a formar novas estrelas.

Ascenção Reta: 18h 18,8m      -Declinação: −13° 47'

Imagem obtida no dia 26/11/2020 às 2:58 em Belo Horizonte

Telescópio SkyWatcher 8" Newtonian F/5

Montagem EQ5 PRO

Câmera Canon EOS Rebel T3i

180s de exposição processada em Photoshop CS3 para ajustes e remoção de intensa poluição luminosa

Aglomerado Omega Centauri - NGC 5139

Omega Centauri ou NGC 5139 é um aglomerado globular. situado na constelação de Centaurus. Foi descoberto por Edmond Halley em 1677.  Orbita nossa galáxia, a Via Láctea, sendo o maior e mais brilhante dos aglomerados globulares que a orbitam. Está a cerca de 15.800 anos-luz  da Terra e contém vários milhões de estrelas de População II. As estrelas de seu centro são tão interligadas entre si que acredita-se estarem a apenas 0,1 anos luz umas das outras. Sua idade estimada é de cerca de 12 bilhões de anos. Esta característica o distingue de outros aglomerados globulares em nossa galáxia que contêm estrelas de diferentes gerações.

Declinação:-47° 28′ 36.7″ Ascenção reta: 13h 26m 45.89s Magnitude aparente: 3,7

Imagem obtida no dia 26/11/2020 às 3:35 em Belo Horizonte

Telescópio SkyWatcher 8" Newtonian F/5

Montagem EQ5 PRO

Câmera Canon EOS Rebel T3i

50s de exposição processada em Photoshop CS3 para ajustes e remoção de intensa poluição luminosa

Galáxia M104 -Sombrero

A galáxia do Sombreiro (Messier 104, NGC 4594), é uma galáxia do tipo espiral. Possui um núcleo brilhante, rodeado em suas bordas por um disco achatado de material escuro. Está a 28 milhões de anos-luz de distância. É conhecida como sombreiro devido a sua aparência característica que se assemelha a um chapéu mexicano. Foi descoberta em 1781, pelo astrônomo Pierre Mechain.

 Magnitude aparente :8,3, Declinação: -11º 37' 23" Ascensão reta : 12 h, 39 min 59,4 s

Imagem obtida no dia 26/11/2020 às 3:35 em Belo Horizonte

Telescópio SkyWatcher 8" Newtonian F/5

Montagem EQ5 PRO

Câmera Canon EOS Rebel T3i

480s de exposição processada em Photoshop CS3 para ajustes e remoção de intensa poluição luminosa

Uso de Deep Learning para Detecção de COVID-19 em Imagens de Tomografia Computadorizada

Transfer Learning é o processo de se utilizar uma rede neural pré-treinada em um outro contexto semelhante. Nesse processo, substituem-se as camadas finais da rede neural pré-treinada por camadas adaptadas ao problema atual.

Foi o que fizemos nesse experimento: utilizamos como base uma rede neural convolucional VGG16 proposta por K. Simonyan and A. Zisserman da  Universidade of Oxford no artigo “Very Deep Convolutional Networks for Large-Scale Image Recognition” e que alcançou  92.7%  de acurácia na base de dados de imagens ImageNet, composto por 14 milhões de imagens classificadas em 1000 classes.  Utilizando o framework Tensorflow, removemos as camadas de saída da VGG16 e as substituimos por uma combinação de camadas fully connected (FC) softmax e relu, pooling, e flatten.  Essas camadas foram treinadas na base de dados de imagens CT.

No treinamento, utilizamos  a validação cruzada (cross validation) disponível no framework Scikit-Learn, que consiste em gerar diferentes distribuições das imagens entre os conjuntos de treinamento e de teste.

A base de dados utilizada para treinamento não é muito grande, consistindo de aproximadamente 700 imagens CT do tórax, positivas e negativas para COVID19, extraidas de artigos científicos e publicações na internet. Aplicou-se um processo de data augmentation sobre as imagens, que consiste em realizar transformações nas mesmas de forma a aumentar a variabilidade  no conjunto de treinamento.

No processo de validação, sobre uma base de testes de 150 imagens, obtiveram-se os seguintes resultados após a validação cruzada:

Acurácia ((true positives + true negatives)/total de imagensl) : 78%

Precisão (true positives/(true positives + false positives)): 77%

Recall  (true positives/(true positives + false negatives)): 83%

Ressalte-se o bom resultado obtido para o Recall, que reflete um número menor de falsos negativos.

O modelo continua em melhoramento por meio de testes de novas combinações de camadas e otimizadores, bem como pelo acréscimo de mais imagens nas bases de treinamento e teste.

Link para o aplicativo.

Trabalho Colaborativo de Vários Observatórios ao Redor do Mundo Produzem Primeira Imagem Direta de Um Buraco Negro

Uma equipe internacional de mais de 200 astrônomos capturou as primeiras imagens diretas de um buraco negro. O resultado foi obtido pelo trabalho conjunto e coordenado de oito  observatórios de rádio em quatro continentes, o EHT-Event Horizon Telescope, um telescópio virtual do tamanho da Terra.

A equipe revelou quatro imagens do buraco negro supermassivo no coração da galáxia M87,  localizada no interior do aglomerado de galáxias de Virgem, a 55 milhões de anos-luz da Terra.

Imagem do buraco negro capturada pelo EHT-Fonte: EHT Colaboration

Com base nas imagens de M87, os cientistas acreditam que estão vendo pela primeira vez a sombra de um buraco negro, na forma da região escura no centro das imagens

A Teoria da Relatividade Geral de Einstein prevê que um campo gravitacional muito intenso faz com que a luz se curve ao redor do buraco negro, formando um anel brilhante em  volta de sua silhueta, e também faz com que qualquer material circundante orbite em torno do mesmo próximo à velocidade da luz. O anel brilhante  nas novas imagens oferece uma confirmação visual desses efeitos.

A partir dessas imagens, os astrônomos calcularam que a massa do buraco negro é cerca de 6,5 bilhões de vezes maior que a do sol.  Pequenas diferenças observadas entre cada uma das quatro imagens sugerem que o material está orbitando em torno do buraco negro à velocidade da luz.Seu tamanho é maior que o da órbita de Netuno.

O objeto foi observado em comprimentos de onda muito curtos, de 1,3 milímetros, que podem atravessar  nuvens de material existentes entre um buraco negro e a Terra. Para visualizar um buraco negro, é necessária uma ampliação (resolução  angular do telescópio) muito grande, impossível de ser obtida por um único telescópio, que teria que ser muito grande. Mas quando múltiplos radiotelescópios, separados por distâncias muito grandes, são sincronizados e focalizados em uma única fonte no céu, eles podem operar como um radiotelescópio muito grande, com um enorme antena, através de uma técnica conhecida como Very Long Base Interferometry, ou VLBI. Nesse caso, o esforço combinado dos 8 radiotelescópios consegue resolver uma imagem de cerca de 20 micro segundos de arco.

Aglomerado de galáxias de Virgem. M87 é o objeto mais luminoso, próximo ao canto superior esquerdo. Ao centro podem ser observadas, também, as galáxias M84 e M86.  Imagem capturada pelo autor em 15/06/2011, às 20:30, sob intensa poluição luminosa, em Belo Horizonte-MG.

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Klann Linkage Robot

O  "Klann Linkage" (Articulação Klann) é um mecanismo robótico para simular o movimento das pernas de um animal quadrúpede, capaz de substituir rodas. A articulação é formada  por um quadro, uma manivela, dois balancins aterrados e dois acopladores, todos conectados por articulações pivotantes. Foi desenvolvido por Joe Klann em 1994.

O mecanismo converte o movimento rotatório em movimento linear e realmente se parece com um animal quadrúpede se locomovenfo. O robô pode subir escadas e trafegar por área irregulares não acessíveis por veículos com rodas.

Veja no vídeo abaixo o robô Klann Linkage que construí, com 2 conjuntos de 4 pernas, um de cada lado. As peças (hastes, articulações, pinos, engrenagens, plataformas e bases) foram impressas em impressora 3D, utilizando-se plástico PLA. Um Arduino Uno  controla o movimento de dois servos de rotação contínua.  

Robô construído com peças impressas em impressora 3D-Fonte: O próprio autor.

Abaixo temos uma animação que mostra o movimento sincronizado das 4  pernas de um dos lados do robô. O movimento pode ser compreendido focando-se nos pontos em verde e observando-se os caminhos cíclicos que cada um percorre. Perceba que cada  perna possui 3 pontos fixos e 5 pontos artculados móveis. O movimento das pernas deve ser sincronizado em posições relativas bem definidas de forma produzir o movimento linear desejado. Para tal, existe uma  engrenagem em cada conjunto de duas pernas, conectadas a uma engrenagem central impulsionada por  um servo de rotação contínua, que mantém a sincronização desejada. 

Movimento sincronizado das pernas do robô - Fonte: Wikipedia

Na figura a seguir, representam-se os movimentos dos pontos móveis de uma perna através de rastros na cor verde. Os pontos ligados pelas linhas azuis são fixos. Compare essa figura com a anterior para compreender os caminhos cíclicos de cada ponto móvel.

Caminhos dos pontos móveis (em verde). Fonte: Wikipedia

Referências

WIKIPEDIA - Klann Linkage. Disponível em https://en.wikipedia.org/wiki/Klann_linkage . Consultado em 21/09/2018.