Kiedy zabiera w kosmos w 2025 r., Szerokopasmowy teleskop pomiarowy w podczerwieni (WFIRST) będzie najpotężniejszym obserwatorium, jakie kiedykolwiek zostało rozmieszczone, zastępując czcigodnego Hubble i Spitzer teleskopy kosmiczne. Opierając się na unikalnej kombinacji wysokiej rozdzielczości z szerokim polem widzenia, WFIRST będzie w stanie uchwycić równowartość 100 Hubble- jakość zdjęć za pomocą jednego ujęcia i obserwuj nocne niebo z prędkością 1000 razy większą.
W ramach przygotowań do tego doniosłego wydarzenia astronomowie w NASA Goddard Space Flight Center przeprowadzili symulacje, aby pokazać, co WFIRST będzie w stanie zobaczyć, aby mogli zaplanować swoje obserwacje. Aby dać widzom podgląd tego, jak to by wyglądało, NASA Goddard Space Flight Center udostępniło film, który symuluje WFIRST przeprowadzający badanie sąsiedniej galaktyki Andromeda (M31).
Symulacja, która została zaprezentowana w tym tygodniu na 235. spotkaniu American Astronomical Society (ASS) w Honululu, opiera się na danych uzyskanych przez Hubble w trakcie setek obserwacji Andromedy. W ten sposób symulacja daje widzom podgląd rozległej przestrzeni i drobnych szczegółów, które WFIRST może zapewnić tylko jednym obrazem.
Symulowane zdjęcie obejmuje obszar kosmiczny o średnicy 34 000 lat świetlnych i pokazuje czerwone i podczerwone światło ponad 50 milionów pojedynczych gwiazd. Dzięki tego rodzaju mocy obrazowania WFIRST mógł zbadać w ciągu kilku miesięcy tyle nieba w spektrum bliskiej podczerwieni, jak Hubble w ciągu trzech dekad - i z taką samą szczegółowością.
Elisa Quintana, zastępca naukowca WFIRST ds. Komunikacji w NASA Goddard Space Flight Center, jest przekonana, że WFIRST doprowadzi do rewolucji w astrofizyce. Jak stwierdziła w ostatniej informacji prasowej NASA:
„Aby odpowiedzieć na podstawowe pytania, takie jak: jak powszechne są planety takie jak te w naszym Układzie Słonecznym? Jak galaktyki tworzą się, ewoluują i wchodzą w interakcje? Dokładnie jak - i dlaczego - tempo ekspansji wszechświata zmieniało się w czasie? Potrzebujemy narzędzia, które zapewni nam zarówno szeroki, jak i szczegółowy widok nieba. WFIRST będzie tym narzędziem. ”
18 zdjęć pokazanych w symulacji reprezentuje dokładne przedstawienie tego, co WFIRST zobaczy przy każdym wskazaniu i zdjęciu. Dzięki 18 detektorom, z których każdy ma wymiary 4096 x 4096 pikseli, WFIRST obejmie obszar w przybliżeniu 1? razy w porównaniu z pełnią księżyca przy każdym wskazaniu - podczas gdy pojedyncze obrazy Hubble'a pokrywają obszar mniejszy niż 1% powierzchni Księżyca w pełni.
Oprócz możliwości obrazowania istnieje także niezwykła szybkość pomiaru, jaką oferuje WFIRST, co wynika z jego szerokiego pola widzenia. Będąc w stanie monitorować większy obszar w jednym wskazaniu i szybko przełączać się z jednego pola na drugie, zespół misji nie będzie musiał przechodzić mozolnego procesu mianowania za każdym razem, gdy będzie chciał zbadać nowe pole.
Innym czynnikiem jest orbita, którą zajmie WFIRST, która da widok przestrzeni, która zasadniczo nie jest zasłonięta przez Ziemię. Natomiast HubbleNiska orbita ziemska (LEO) o długości około 560 km (350 mil) oznaczała, że często była w stanie zbierać dane tylko przez połowę swojego okresu orbity, WFIRST będzie na szerokiej orbicie około 1,6 miliona km (1 milion mil) . Z tej odległości będzie w stanie prowadzić obserwacje w niemal ciągły sposób.
Ben Williams, astronom z University of Washington w Seattle, był odpowiedzialny za wygenerowanie symulowanego zestawu danych dla tego obrazu. Jak wyjaśnił, WFIRST zapewni cenną okazję do zrozumienia dużych pobliskich obiektów, takich jak Andromeda, które w innym przypadku są wyjątkowo czasochłonne, ponieważ zajmują tak dużą część nieba:
„Ostatnie kilkadziesiąt lat spędziliśmy na tworzeniu obrazów w wysokiej rozdzielczości w małych częściach pobliskich galaktyk. Dzięki Hubble masz naprawdę kuszące spojrzenie na bardzo złożone pobliskie systemy. Dzięki WFIRST nagle możesz wszystko ogarnąć bez poświęcania dużej ilości czasu. ”
Zasadniczo, zdolność do przechwytywania obrazów tak dużego obszaru zapewni astronomom kontekst, którego potrzebują, aby zrozumieć, w jaki sposób formują się gwiazdy i jak galaktyki zmieniają się w czasie. Zasadniczo szerokie pole widzenia pozwoli astronomom badać nie tylko pojedyncze gwiazdy lub galaktyki, ale także struktury, które zamieszkują i otaczające środowisko.
Mając do dyspozycji ten poziom technologii i możliwości, kontrolerzy misji z niecierpliwością czekają na zebranie ogromnych ilości danych w kosmosie. Oczekuje się, że w trakcie 5-letniej misji WFIRST zgromadzi ponad 20 petabajtów informacji o tysiącach planet, miliardach gwiazd i milionach galaktyk. Dane te zostaną wykorzystane do odpowiedzi na podstawowe pytania dotyczące kosmosu i praw rządzących nim.
Obejmują one, czy ekspansja kosmiczna jest spowodowana tajemniczą, niewidzialną siłą (zwaną również Ciemną Energią) lub załamaniem Ogólnej Względności w skalach kosmologicznych; kiedy pierwsze galaktyki pojawiły się we Wszechświecie i jak ewoluowały; i czy planety poza naszym Układem Słonecznym (planety pozasłoneczne) mają wystarczającą atmosferę i warunki niezbędne na swoich powierzchniach do podtrzymywania życia.
Julianne Dalcanton, profesor astronomii na University of Washington, kierowała programem Panchromatic Hubble Andromeda Treasury (PHAT), na którym oparte są dane symulowane. Jak wyjaśniła, połączenie ultra-teleobiektywu WFIRST i super-szerokokątnego (jak pokazano w symulacji) może być przełomowe:
„Badanie PHAT Andromedy było ogromną inwestycją czasu, wymagającą starannego uzasadnienia i przemyślenia. Ta nowa symulacja pokazuje, jak łatwa może być równoważna obserwacja dla WFIRST. ”
Po uruchomieniu WFIRST poświęci znaczną część swojego czasu na monitorowanie setek tysięcy odległych galaktyk pod kątem wybuchów supernowych, które można wykorzystać do badania Ciemnej Energii i ekspansji Wszechświata. Wykorzysta również ten czas, aby zmapować kształty i rozkłady galaktyk, aby lepiej zrozumieć ewolucję Wszechświata w ciągu prawie 14 miliardów lat od Wielkiego Wybuchu.
WFIRST będzie również monitorować jasność miliardów gwiazd Drogi Mlecznej, aby wypatrywać możliwych zdarzeń mikrosoczewkowania. Dzieje się tak, gdy planety przechodzą między gwiazdą a obserwatorem, tymczasowo wzmacniając światło gwiazdy. Oczekuje się, że dzięki wysokiej rozdzielczości WFIRST wykryje wiele egzoplanet, które są małe, odległe od swojej gwiazdy i nieuczciwych planet - odgrywając w ten sposób istotną rolę w ukończeniu spisu egzoplanet.
WFIRST będzie również działał jako demonstrator technologii, niosąc koronograf, instrument zaprojektowany do blokowania światła gwiazdy, tak aby planety krążące wokół niej mogły być bezpośrednio obrazowane i charakteryzowane. W innym przypadku dane zgromadzone przez WFIRST będą miały otwarty dostęp i będą natychmiast dostępne publicznie. Według Dalcantona jest to jeden z najważniejszych aspektów misji.
„Tysiące umysłów z całego świata będą mogły myśleć o tych danych i wymyślać nowe sposoby ich wykorzystania” - powiedziała. „Trudno jest przewidzieć, co odblokują dane WFIRST, ale wiem, że im więcej ludzi na nie patrzymy, tym większe tempo odkrywania”.
Podsumowując, misja WFIRST uzupełni obserwatoria znajdujące się już w kosmosie. Należą do nich NASA Hubble i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (który będzie również przeprowadzał szeroko zakrojone badania w bliskiej podczerwieni), a także ESA Euklides misja - która będzie mierzyć szybkość rozszerzania się Wszechświata, aby określić rolę, jaką odgrywają Ciemna Materia i Ciemna Energia.
Jak powiedziała Karoline Gilbert, naukowiec misji WFIRST w Space Telescope Science Institute (STSI) w Baltimore w stanie Maryland:
„Dzięki stukrotnemu polu widzenia Hubble'a i możliwości szybkiego badania nieba, WFIRST będzie niezwykle potężnym narzędziem do odkrywania. Webb, który jest 100 razy bardziej czuły i może widzieć głębiej w podczerwieni, będzie w stanie obserwować rzadkie obiekty astronomiczne odkryte przez WFIRST z wyjątkową szczegółowością. Tymczasem Hubble będzie nadal zapewniał unikalny widok na światło optyczne i ultrafioletowe emitowane przez obiekty odkryte przez WFIRST, a Webb będzie śledził dalej. ”
Lata 2020 są bardzo ekscytującym czasem dla astronomów i entuzjastów eksploracji kosmosu. Oprócz naziemnych i kosmicznych teleskopów nowej generacji, które wejdą do służby, wiele misji jest skierowanych na Księżyc, na Marsa i do zewnętrznego Układu Słonecznego. Jeśli tajemnice Wszechświata i wszystko, co się w nim kryje, można przyrównać do cebuli, to z pewnością w tej dekadzie zostanie zerwanych kilka warstw!
Symulowany obraz jest prezentowany na 235. spotkaniu American Astronomical Society w Honolulu na Hawajach.
