Når det tar plass til plassen i 2025, vil Infrarødt undersøkelsesteleskop med bred felt (WFIRST) vil være det kraftigste observatorium som noen gang er utplassert, og lykkes med det ærverdige Hubble og Spitzer romteleskoper. Stoler på en unik kombinasjon av høy oppløsning og et bredt synsfelt, vil WFIRST kunne fange opp tilsvarende 100 Hubble-kvalitetsbilder med et enkelt skudd og kartlegge nattehimmelen med 1000 ganger hastigheten.
Som forberedelse til denne store begivenheten har astronomer ved NASAs Goddard Space Flight Center kjørt simuleringer for å demonstrere hva WFIRST vil kunne se slik at de kan planlegge observasjonene sine. For å gi seerne en forhåndsvisning av hvordan dette vil se ut, har NASAs Goddard Space Flight Center delt en video som simulerer WFIRST gjennomføre en undersøkelse av nabolandet Andromeda Galaxy (M31).
Simuleringen, som ble presentert denne uken på det 235. møtet i American Astronomical Society (ASS) i Honululu, er avhengig av data innhentet av Hubble i løpet av hundrevis av observasjoner av Andromeda. På denne måten gir simuleringen seerne en forhåndsvisning av den enorme vidder og fine detaljer som WFIRST kan gi bare et enkelt bilde.
Det simulerte skuddet dekker et område med rom som måler 34 000 lysår på tvers og viser frem det røde og infrarøde lyset fra over 50 millioner individuelle stjerner. Med denne typen bildekraft kunne WFIRST kartlegge i løpet av noen måneder så mye av himmelen i det nærinfrarøde spekteret som Hubble gjorde i løpet av tre tiår - og i like mye detalj.
Elisa Quintana, WFIRSTs nestleder prosjektforsker for kommunikasjon ved NASAs Goddard Space Flight Center, er sikker på at WFIRST vil føre til en revolusjon innen astrofysikk. Som hun uttalte i en fersk pressemelding fra NASA:
“For å svare på grunnleggende spørsmål som: Hvor vanlige er planeter som de i solsystemet vårt? Hvordan danner, utvikles og utvikler galakser seg? Nøyaktig hvordan - og hvorfor - har universets ekspansjonsrate endret seg over tid? Vi trenger et verktøy som kan gi oss både et bredt og detaljert syn på himmelen. WFIRST vil være det verktøyet. ”
De 18 bildene som er vist i simuleringen representerer en nøyaktig skildring av hva WFIRST vil se med hver peking og bildeskudd. Med sine 18 detektorer, som hver måler 4096 x 4096 piksler, vil WFIRST dekke et område omtrent 1? ganger det som for en fullmåne med hvert som peker - mens individuelle Hubble-bilder dekker et område som er mindre enn 1% av fullmånen.
I tillegg til bildebehandlingsmulighetene, er det også den ekstraordinære undersøkelseshastigheten som WFIRST vil tilby, som er resultatet av det brede synsfeltet. Ved å kunne overvåke et større område i en enkelt peking og raskt skifte fra ett felt til et annet, vil ikke misjonsteamet måtte gå gjennom den arbeidskrevende prosessen med å bli utnevnt hver gang de vil kartlegge et nytt felt.
En annen faktor er bane som WFIRST vil okkupere, som vil gi et syn på rom som vanligvis er uhindret av Jorden. mens HubbleLow Earth Orbit (LEO) på omtrent 560 km (350 mi) betydde at den ofte var i stand til å samle inn data i bare halvparten av sin baneperiode, WFIRST vil være i en bred bane på rundt 1,6 millioner km (1 million mi) . På denne avstanden vil den kunne gjennomføre observasjoner på en nesten kontinuerlig måte.
Ben Williams, en astronom ved University of Washington i Seattle, var ansvarlig for å generere det simulerte datasettet for dette bildet. Som han forklarte, vil WFIRST gi en verdifull mulighet til å forstå store objekter i nærheten som Andromeda, som ellers er ekstremt tidkrevende å ta bilder fordi de tar opp en så stor del av himmelen:
”Vi har brukt de siste tiårene på å få bilder med høy oppløsning i små deler av nærliggende galakser. Med Hubble får du disse virkelig fristende glimt av veldig komplekse systemer i nærheten. Med WFIRST kan du plutselig dekke hele saken uten å bruke mye tid. ”
I utgangspunktet vil muligheten til å ta bilder av et så stort område gi astronomer den konteksten de trenger for å forstå hvordan stjerner dannes og hvordan galakser endrer seg over tid. I hovedsak vil et bredt synsfelt gjøre det mulig for astronomer å ikke bare studere individuelle stjerner eller galakser, men også strukturene de bor og omgivelsene.
Med dette nivået av teknologi og evne til rådighet, ser misjonskontrollører frem til å samle inn enorme mengder data om kosmos. I løpet av det 5-årige planlagte oppdraget forventes det at WFIRST samler mer enn 20 petabyte med informasjon om tusenvis av planeter, milliarder av stjerner og millioner av galakser. Disse dataene vil bli brukt til å adressere de grunnleggende spørsmålene i kosmos og lovene som regulerer det.
Disse inkluderer om kosmisk ekspansjon skyldes en mystisk, usett kraft (alias Dark Energy) eller en sammenbrudd av generell relativitet på kosmologiske skalaer; når de første galaksene dukket opp i universet og hvordan de siden har utviklet seg; og om planeter utenfor vårt solsystem (ekstrasolære planeter) har tilstrekkelige atmosfærer og nødvendige forhold på overflatene for å støtte liv.
Julianne Dalcanton, professor i astronomi ved University of Washington, ledet programmet Panchromatic Hubble Andromeda Treasury (PHAT) som de simulerte dataene er basert på. Som hun forklarte, har kombinasjonen av WFIRSTs ultra-tele og super vidvinkel-evner (som demonstrert med deres simulering) potensialet til å være banebrytende:
“PHAT-undersøkelsen av Andromeda var en enorm investering i tid, som krevde nøye begrunnelse og ettertanke. Denne nye simuleringen viser hvor lett en tilsvarende observasjon kan være for WFIRST. ”
Når den er operativ, vil WFIRST bruke en betydelig del av tiden sin på å overvåke hundretusenvis av fjerne galakser for supernovaeksplosjoner, som kan brukes til å studere Dark Energy og utvidelsen av universet. Den vil også bruke denne tiden til å kartlegge formene og fordelingen av galakser for bedre å forstå hvordan universet har utviklet seg i løpet av de nesten 14 milliarder årene siden Big Bang.
WFIRST vil også overvåke lysstyrken til milliarder av stjerner i Melkeveien for å være på utkikk etter mulige mikrolenseringseventer. Disse oppstår når planeter passerer mellom stjernen og observatøren, og midlertidig forsterker stjernens lys. WFIRST gir sin høye oppløsning og forventes å oppdage mange eksoplaneter som er små, fjernt fra stjernen og useriøse planeter - og dermed spiller en viktig rolle i å fullføre folketellingen for eksoplaneter.
WFIRST vil også føre fungere som en teknologidemonstrant ved å bære en coronagraph, et instrument designet for å blokkere lyset fra en stjerne slik at planeter som kretser rundt den, kan bli direkte avbildet og karakterisert. I en annen først vil dataene som er samlet inn av WFIRST være åpne og umiddelbart tilgjengelige for publikum. I følge Dalcanton er dette en av de viktigste sidene ved oppdraget.
"Tusenvis av sinn fra hele verden vil være i stand til å tenke på disse dataene og komme med nye måter å bruke dem på," sa hun. "Det er vanskelig å forutse hva WFIRST-dataene vil låse opp, men jeg vet at jo flere vi ser på dem, jo større er oppdagelsestempoet."
For å fullføre det hele, vil WFIRST-oppdraget utfylle observatorier som allerede er i verdensrommet. Disse inkluderer NASA-er Hubble og James Webb romteleskop (som også vil gjøre omfattende undersøkelser i nærinfrarød), samt ESAs Euclid oppdrag - som vil måle hastigheten som universet utvider seg for å bestemme rollen som Dark Matter og Dark Energy spiller.
Som Karoline Gilbert, en WFIRST Mission Scientist ved Space Telescope Science Institute (STSI) i Baltimore, Maryland, sa det:
“Med hundre ganger synsfeltet til Hubble, og muligheten til å raskt undersøke himmelen, vil WFIRST være et ekstremt kraftig oppdagelsesverktøy. Webb, som er 100 ganger mer følsom og kan se dypere inn i det infrarøde, vil kunne observere de sjeldne astronomiske objektene oppdaget av WFIRST i utsøkt detalj. I mellomtiden vil Hubble fortsette å gi et unikt syn på det optiske og ultrafiolette lyset som sendes ut av objektene som WFIRST oppdager, og Webb følger opp. ”
2020-tallet former seg for å være en veldig spennende tid for astronomer og romutforskningsentusiaster. Bortsett fra neste generasjon bakke- og romteleskop som skal komme i tjeneste, er en rekke oppdrag bestemt til å gå til Månen, til Mars og det ytre solsystemet. Hvis universets mysterier og alt som ligger i det kan sammenlignes med en løk, er det sikkert flere lag som skal skrelles tilbake i dette tiåret!
Det simulerte bildet blir presentert på det 235. møtet i American Astronomical Society i Honolulu, Hawaii.
