Når det tager plads til rummet i 2025, vil Infrarødt undersøgt teleskop med bred felt (WFIRST) vil være det mest magtfulde observatorium, der nogensinde er indsat, og lykkes med det ærverdige Hubble og Spitzer rumteleskoper. Med tillid til en unik kombination af høj opløsning med et bredt synsfelt vil WFIRST være i stand til at fange svarende til 100 Hubble-kvalitetsbilleder med et enkelt skud og kortlægge nattehimlen med 1.000 gange hastigheden.
Som forberedelse til denne store begivenhed har astronomer ved NASA's Goddard Space Flight Center kørt simuleringer for at demonstrere, hvad WFIRST vil være i stand til at se, så de kan planlægge deres observationer. For at give seerne et eksempel på, hvordan dette ville se ud, har NASA's Goddard Space Flight Center delt en video, der simulerer WFIRST, der udfører en undersøgelse af den nærliggende Andromeda Galaxy (M31).
Simuleringen, der blev præsenteret denne uge på det 235. møde i American Astronomical Society (ASS) i Honululu, er afhængig af data indhentet af Hubble i løbet af hundreder af observationer af Andromeda. På denne måde giver simuleringen seerne en forhåndsvisning af den store vidde og fine detalje, som WFIRST kun kan give et enkelt billede.
Det simulerede skud dækker et område i rummet, der måler 34.000 lysår på tværs af og viser det røde og infrarøde lys fra over 50 millioner individuelle stjerner. Med denne form for billedkraft kunne WFIRST i løbet af tre årtier undersøge så meget af himlen i det næsten infrarøde spektrum som Hubble gjorde i løbet af tre årtier - og i lige så detaljerede detaljer.
Elisa Quintana, WFIRST-viceprojektforsker for kommunikation ved NASA's Goddard Space Flight Center, er overbevist om, at WFIRST vil føre til en revolution inden for astrofysik. Som hun sagde i en nylig pressemeddelelse fra NASA:
”For at besvare grundlæggende spørgsmål som: Hvor almindelige er planeter som dem i vores solsystem? Hvordan danner, udvikles og interagerer galakser? Præcis hvordan - og hvorfor - har universets ekspansionshastighed ændret sig over tid? Vi har brug for et værktøj, der kan give os både en bred og detaljeret udsigt til himlen. WFIRST vil være det værktøj. ”
De 18 billeder, der er vist i simuleringen, repræsenterer en nøjagtig skildring af, hvad WFIRST vil se med hver pegning og billedoptagelse. Med sine 18 detektorer, som hver måler 4096 x 4096 pixels, vil WFIRST dække et område omtrent 1? gange den for en fuldmåne med hver pege - hvorimod individuelle Hubble-billeder dækker et område på mindre end 1% af arealet af en fuldmåne.
Ud over dets billedfunktioner er der også den ekstraordinære undersøgelseshastighed, som WFIRST vil tilbyde, hvilket er resultatet af dets brede synsfelt. Ved at kunne overvåge et større område i et enkelt pegepunkt og hurtigt skifte fra et felt til et andet, er missionsteamet ikke nødt til at gennemgå den møysommelige proces med at blive udnævnt hver gang de vil undersøge et nyt felt.
En anden faktor er den bane, som WFIRST vil besætte, hvilket vil give et syn på rummet, der generelt er uhindret af Jorden. ud fra følgende betragtninger Hubble'Low Earth Orbit' (LEO) på ca. 560 km (350 mi) betød, at det ofte var i stand til at indsamle data i kun halvdelen af sin orbitalperiode, WFIRST vil være i en bred bane på omkring 1,6 millioner km (1 million mi) . På denne afstand vil det være i stand til at gennemføre observationer næsten kontinuerligt.
Ben Williams, en astronom ved University of Washington i Seattle, var ansvarlig for at generere det simulerede datasæt til dette billede. Som han forklarede, vil WFIRST give en værdifuld mulighed for at forstå store nærliggende objekter som Andromeda, som ellers er ekstremt tidskrævende at se på, fordi de optager en så stor del af himlen:
”Vi har brugt de sidste par årtier på at få billeder i høj opløsning i små dele af nærliggende galakser. Med Hubble får du disse virkelig fristende glimt af meget komplekse nærliggende systemer. Med WFIRST kan du pludselig dække det hele uden at bruge en masse tid. ”
Grundlæggende vil evnen til at fange billeder af et så stort område give astronomer den kontekst, de har brug for for at forstå, hvordan stjerner dannes, og hvordan galakser ændrer sig over tid. I det væsentlige vil et bredt synsfelt give astronomer mulighed for ikke kun at studere individuelle stjerner eller galakser, men også de strukturer, de beboer, og det omgivende miljø.
Med dette teknologiniveau og deres kapacitet til rådighed ser missionskontrollører frem til at indsamle enorme mængder data om kosmos. I løbet af sin 5-årige planlagte mission forventes WFIRST at samle mere end 20 petabytes information om tusinder af planeter, milliarder af stjerner og millioner af galakser. Disse data vil blive brugt til at tackle de grundlæggende spørgsmål om kosmos og lovene, der regulerer det.
Disse inkluderer, hvorvidt kosmisk ekspansion skyldes en mystisk, usynet kraft (alias Dark Energy) eller en opdeling af den generelle relativitet på kosmologiske skalaer; når de første galakser optrådte i universet, og hvordan de siden har udviklet sig; og hvorvidt planeter ud over vores solsystem (ekstrasolære planeter) har tilstrækkelige atmosfærer og de nødvendige betingelser på deres overflader til at understøtte liv.
Julianne Dalcanton, professor i astronomi ved University of Washington, ledede programmet Panchromatic Hubble Andromeda Treasury (PHAT), som de simulerede data er baseret på. Som hun forklarede, har kombinationen af WFIRSTs ultra-telefoto og super vidvinkelfunktioner (som vist med deres simulering) potentialet til at være banebrydende:
”PHAT-undersøgelsen af Andromeda var en enorm investering i tid, der krævede omhyggelig begrundelse og tankevej. Denne nye simulering viser, hvor let en ækvivalent observation kan være for WFIRST. ”
Når den er operationel, vil WFIRST bruge en betydelig del af sin tid på at overvåge hundreder af tusinder af fjerne galakser til supernovaeksplosioner, som kan bruges til at studere Dark Energy og udvidelsen af universet. Den vil også bruge denne tid til at kortlægge former og fordelinger af galakser for bedre at forstå, hvordan universet har udviklet sig i de næsten 14 milliarder år siden Big Bang.
WFIRST overvåger også lysstyrken for milliarder af stjerner i Mælkevejen for at være på udkig efter mulige mikrolenseringsbegivenheder. Disse forekommer, når planeter passerer mellem deres stjerne og observatøren, hvilket midlertidigt forstærker stjernens lys. Med sin høje opløsning forventes WFIRST at opdage mange eksoplaneter, der er små, fjernt fra deres stjerne og useriøse planeter - og dermed spiller en vigtig rolle i færdiggørelsen af eksoplaneterne.
WFIRST vil også bære fungerende som en teknologidemonstrator ved at bære en coronagraph, et instrument designet til at blokere for en stjerne lys, så planeter, der kredser rundt om den, kan direkte afbildes og karakteriseres. I et andet første vil de data, der er indsamlet af WFIRST, være open-access og straks tilgængelige for offentligheden. Ifølge Dalcanton er dette et af de vigtigste aspekter af missionen.
”Tusinder af sind fra hele verden vil være i stand til at tænke på disse data og komme med nye måder at bruge dem på,” sagde hun. ”Det er svært at forudse, hvad WFIRST-dataene vil låse op, men jeg ved, at jo flere mennesker vi ser på dem, desto større er opdagelsestempoet.”
For at fjerne det hele vil WFIRST-missionen komplementere observatorier, der allerede er i rummet. Disse inkluderer NASA'er Hubble og James Webb-rumteleskop (som også vil gennemføre omfattende undersøgelser i den næsten infrarøde) samt ESA'erne Euclid mission - som vil måle den hastighed, som universet ekspanderer for at bestemme den rolle, som Dark Matter og Dark Energy spiller.
Som Karoline Gilbert, WFIRST Mission Scientist ved Space Telescope Science Institute (STSI) i Baltimore, Maryland, udtrykte det:
”Med hundrede gange synsfeltet til Hubble og muligheden for hurtigt at undersøge himlen, vil WFIRST være et ekstremt kraftfuldt opdagelsesværktøj. Webb, som er 100 gange mere følsom og kan se dybere ind i den infrarøde, vil være i stand til at observere de sjældne astronomiske objekter opdaget af WFIRST i udsøgt detalje. I mellemtiden fortsætter Hubble med at give et unikt billede af det optiske og ultraviolette lys, der udsendes af de objekter, som WFIRST opdager, og Webb følger op. ”
2020'erne udformes til at være en meget spændende tid for astronomer og entusiaster til rumforskning. Bortset fra næste generation af jord- og rumteleskoper, der skal gå i drift, er en række missioner bestemt til at gå til Månen, til Mars og det ydre solsystem. Hvis universets mysterier og alt, hvad der ligger deri, kan sammenlignes med en løg, vil flere lag helt sikkert blive flettet tilbage i dette årti!
Det simulerede billede præsenteres på det 235. møde i American Astronomical Society i Honolulu, Hawaii.
