Όταν φτάσει στο διάστημα το 2025, το Υπέρυθρο τηλεσκόπιο ευρείας πεδίου (WFIRST) θα είναι το πιο ισχυρό παρατηρητήριο που έχει αναπτυχθεί ποτέ, διαδεχόμενο τον σεβαστό Χαμπλ και Spitzer διαστημικά τηλεσκόπια. Βασιζόμενος σε έναν μοναδικό συνδυασμό υψηλής ανάλυσης με ευρύ οπτικό πεδίο, το WFIRST θα μπορεί να καταγράψει το ισοδύναμο 100Χαμπλ-εικόνες ποιότητας με μία μόνο λήψη και έρευνα του νυχτερινού ουρανού με 1.000 φορές μεγαλύτερη ταχύτητα.
Στο πλαίσιο της προετοιμασίας για αυτό το σημαντικό γεγονός, οι αστρονόμοι στο Διαστημικό Κέντρο Πτήσεων Goddard της NASA έχουν πραγματοποιήσει προσομοιώσεις για να δείξουν τι θα μπορεί να δει το WFIRST ώστε να μπορούν να σχεδιάσουν τις παρατηρήσεις τους. Για να δώσει στους θεατές μια προεπισκόπηση του πώς θα μοιάζει αυτό, το Goddard Space Flight Center της NASA έχει κοινοποίησε ένα βίντεο που προσομοιώνει το WFIRST που διεξάγει μια έρευνα του γειτονικού Γαλαξία της Ανδρομέδας (M31).
Η προσομοίωση, η οποία παρουσιάστηκε αυτή την εβδομάδα στο 235η συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας (ASS) στη Χονολουλού, βασίζεται σε δεδομένα που ελήφθησαν απόΧαμπλκατά τη διάρκεια εκατοντάδων παρατηρήσεων της Ανδρομέδας. Με αυτόν τον τρόπο, η προσομοίωση δίνει στους θεατές μια προεπισκόπηση της τεράστιας έκτασης και της λεπτομέρειας που μπορεί να προσφέρει το WFIRST με μία μόνο εικόνα.
Το προσομοιωμένο πλάνο καλύπτει μια περιοχή του διαστήματος μεγέθους 34.000 ετών φωτός και δείχνει το κόκκινο και το υπέρυθρο φως περισσότερων από 50 εκατομμυρίων μεμονωμένων αστεριών. Με αυτό το είδος της ισχύος απεικόνισης, το WFIRST θα μπορούσε να ερευνήσει σε λίγους μήνες τόσο μεγάλο μέρος του ουρανού στο φάσμα του εγγύς υπέρυθρου όπως έκανε το Hubble κατά τη διάρκεια τριών δεκαετιών – και με εξίσου πολλές λεπτομέρειες.
Η Elisa Quintana, η αναπληρώτρια επιστήμονας του έργου WFIRST για τις Επικοινωνίες στο Goddard Space Flight Center της NASA, είναι πεπεισμένη ότι το WFIRST θα οδηγήσει σε μια επανάσταση στην αστροφυσική. Όπως δήλωσε σε πρόσφατη NASA δελτίο τύπου :
«Για να απαντήσουμε σε θεμελιώδεις ερωτήσεις όπως: Πόσο συνηθισμένοι είναι πλανήτες σαν αυτούς του ηλιακού μας συστήματος; Πώς σχηματίζονται, εξελίσσονται και αλληλεπιδρούν οι γαλαξίες; Πώς ακριβώς - και γιατί - έχει αλλάξει ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος με την πάροδο του χρόνου; Χρειαζόμαστε ένα εργαλείο που μπορεί να μας δώσει μια ευρεία και λεπτομερή άποψη του ουρανού. Το WFIRST θα είναι αυτό το εργαλείο».
Οι 18 εικόνες που εμφανίζονται στην προσομοίωση αντιπροσωπεύουν μια ακριβή απεικόνιση του τι θα δει το WFIRST με κάθε κατάδειξη και λήψη εικόνας. Με τους 18 ανιχνευτές του, ο καθένας από τους οποίους έχει διαστάσεις 4096 x 4096 pixel, το WFIRST θα καλύπτει μια περιοχή περίπου 1,33 φορές μεγαλύτερη από αυτή μιας Πανσελήνου με κάθε κατάδειξη – ενώ μεμονωμένες εικόνες Hubble καλύπτουν μια περιοχή μικρότερη από το 1% της επιφάνειας μιας Πανσελήνου.
Εκτός από τις δυνατότητες απεικόνισης του, υπάρχει επίσης η εξαιρετική ταχύτητα έρευνας που θα προσφέρει το WFIRST, το οποίο είναι αποτέλεσμα του ευρέος οπτικού του πεδίου. Με το να είναι σε θέση να παρακολουθεί μια μεγαλύτερη περιοχή σε ένα μόνο σημείο και να αλλάζει γρήγορα από το ένα πεδίο στο άλλο, η ομάδα της αποστολής δεν θα χρειάζεται να περνάει από την επίπονη διαδικασία της επανεξέτασης κάθε φορά που θέλει να ερευνήσει ένα νέο πεδίο.
Ένα σύνθετο σχήμα του γαλαξία της Ανδρομέδας (M31) υπογραμμίζει το εξαιρετικά μεγάλο οπτικό πεδίο του επερχόμενου τηλεσκοπίου υπέρυθρης έρευνας ευρέως πεδίου της NASA (WFIRST). Πίστωση: DSS/R. Gendler (φόντο); NASA/GSFC/ASU (Σελήνη); NASA/STScI/B. F. Williams/UoW (προσομοίωση)
Ένας άλλος παράγοντας είναι η τροχιά που θα καταλάβει το WFIRST, το οποίο θα δώσει μια άποψη του χώρου που είναι γενικά ανεμπόδιστη από τη Γη. ΕνώΧαμπλΗ χαμηλή τροχιά της γης (LEO) περίπου 560 km (350 μίλια) σήμαινε ότι συχνά ήταν σε θέση να συλλέγει δεδομένα μόνο για το ήμισυ της τροχιακής του περιόδου, το WFIRST θα βρίσκεται σε μια ευρεία τροχιά περίπου 1,6 εκατομμυρίων km (1 εκατομμύριο μίλια) . Σε αυτή την απόσταση, θα μπορεί να διεξάγει παρατηρήσεις με σχεδόν συνεχή τρόπο.
Ο Μπεν Γουίλιαμς, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σιάτλ, ήταν υπεύθυνος για τη δημιουργία του συνόλου προσομοίωσης δεδομένων για αυτήν την εικόνα. Όπως αυτός εξήγησε , το WFIRST θα προσφέρει μια πολύτιμη ευκαιρία για την κατανόηση μεγάλων κοντινών αντικειμένων όπως η Ανδρομέδα, τα οποία κατά τα άλλα είναι εξαιρετικά χρονοβόρα στην εικόνα επειδή καταλαμβάνουν τόσο μεγάλο μέρος του ουρανού:
«Έχουμε περάσει τις τελευταίες δύο δεκαετίες λαμβάνοντας εικόνες σε υψηλή ανάλυση σε μικρά μέρη κοντινών γαλαξιών. Με το Hubble λαμβάνετε αυτές τις πραγματικά δελεαστικές ματιές από πολύ περίπλοκα κοντινά συστήματα. Με το WFIRST, ξαφνικά μπορείτε να καλύψετε ολόκληρο το θέμα χωρίς να ξοδέψετε πολύ χρόνο.»
Βασικά, η δυνατότητα λήψης εικόνων μιας τόσο μεγάλης περιοχής θα παρέχει στους αστρονόμους το πλαίσιο που χρειάζονται για να κατανοήσουν πώς σχηματίζονται τα αστέρια και πώς αλλάζουν οι γαλαξίες με την πάροδο του χρόνου. Ουσιαστικά, ένα ευρύ οπτικό πεδίο θα επιτρέψει στους αστρονόμους να μελετήσουν όχι μόνο μεμονωμένα αστέρια ή γαλαξίες αλλά και τις δομές που κατοικούν και το περιβάλλον περιβάλλον.
Το τηλεσκόπιο έρευνας υπέρυθρων ευρέως πεδίου της NASA (WFIRST) θα καταγράψει εικόνες ποιότητας Hubble που καλύπτουν περιοχές του ουρανού 100 φορές μεγαλύτερες από το Hubble. Πιστώσεις: NASA/GSFC/Conceptual Image Lab
Με αυτό το επίπεδο τεχνολογίας και ικανότητας στη διάθεσή τους, οι ελεγκτές αποστολών προσβλέπουν στη συλλογή τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων για τον κόσμο. Κατά τη διάρκεια της 5ετούς προγραμματισμένης αποστολής του, το WFIRST αναμένεται να συγκεντρώσει περισσότερα από 20 petabytes πληροφοριών για χιλιάδες πλανήτες, δισεκατομμύρια αστέρια και εκατομμύρια γαλαξίες. Αυτά τα δεδομένα θα χρησιμοποιηθούν για την αντιμετώπιση των θεμελιωδών ερωτημάτων του σύμπαντος και των νόμων που τον διέπουν.
Αυτά περιλαμβάνουν εάν η κοσμική διαστολή οφείλεται σε μια μυστηριώδη, αόρατη δύναμη (γνωστή και ως Σκοτεινή Ενέργεια) ή σε διάσπαση Γενική Σχετικότητα σε κοσμολογικές κλίμακες? πότε εμφανίστηκαν οι πρώτοι γαλαξίες στο Σύμπαν και πώς έχουν εξελιχθεί από τότε. και εάν οι πλανήτες πέρα από το Ηλιακό μας Σύστημα (εξωηλιακόι πλανήτες) έχουν ή όχι επαρκείς ατμόσφαιρες και τις απαραίτητες συνθήκες στις επιφάνειές τους για να υποστηρίξουν τη ζωή.
Η Julianne Dalcanton, καθηγήτρια αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, ηγήθηκε της Panchromatic Hubble Andromeda Treasury (PHAT) πρόγραμμα στο οποίο βασίζονται τα προσομοιωμένα δεδομένα. Οπως αυτή εξήγησε , ο συνδυασμός των δυνατοτήτων υπερ-τηλεφακού και υπερευρυγώνιων δυνατοτήτων του WFIRST (όπως αποδεικνύεται με την προσομοίωσή τους) έχει τη δυνατότητα να είναι πρωτοποριακό:
«Η έρευνα PHAT στην Ανδρομέδα ήταν μια τεράστια επένδυση χρόνου, που απαιτούσε προσεκτική αιτιολόγηση και προνοητικότητα. Αυτή η νέα προσομοίωση δείχνει πόσο εύκολη θα μπορούσε να είναι μια ισοδύναμη παρατήρηση για το WFIRST.»
Ένας από τους κύριους στόχους του WFIRST είναι να μελετήσει την κοσμική επέκταση για να προσδιορίσει τον ρόλο που παίζει η Σκοτεινή Ενέργεια. Πίστωση: NASA/GSFC
Μόλις τεθεί σε λειτουργία, το WFIRST θα αφιερώσει ένα σημαντικό μέρος του χρόνου του παρακολουθώντας εκατοντάδες χιλιάδες μακρινούς γαλαξίες για εκρήξεις σουπερνόβα, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη της Σκοτεινής Ενέργειας και της επέκτασης του Σύμπαντος. Θα χρησιμοποιήσει επίσης αυτόν τον χρόνο για να χαρτογραφήσει τα σχήματα και τις κατανομές των γαλαξιών προκειμένου να κατανοήσει καλύτερα πώς έχει εξελιχθεί το Σύμπαν στα σχεδόν 14 δισεκατομμύρια χρόνια από τη Μεγάλη Έκρηξη.
Το WFIRST θα παρακολουθεί επίσης τη φωτεινότητα δισεκατομμυρίων άστρων στον Γαλαξία μας για να είναι σε επιφυλακή για πιθανά συμβάντα μικροφακούς. Αυτά συμβαίνουν όταν οι πλανήτες περνούν μεταξύ του αστέρα τους και του παρατηρητή, ενισχύοντας προσωρινά το φως του άστρου. Δίνοντας την υψηλή του ανάλυση, το WFIRST αναμένεται να ανιχνεύσει πολλούς εξωπλανήτες που είναι μικροί, απομακρυσμένοι από το αστέρι τους και αδίστακτους πλανήτες – διαδραματίζοντας έτσι ζωτικό ρόλο στην ολοκλήρωση της απογραφής των εξωπλανητών.
Το WFIRST θα φέρει επίσης τη λειτουργία ως επίδειξη τεχνολογίας μεταφέροντας έναν στεφανογράφο, ένα όργανο σχεδιασμένο να αποκλείει το φως ενός άστρου, έτσι ώστε οι πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά να μπορούν να απεικονίζονται και να χαρακτηρίζονται απευθείας. Σε ένα άλλο πρώτο, τα δεδομένα που συλλέγονται από το WFIRST θα είναι ανοιχτής πρόσβασης και άμεσα διαθέσιμα στο κοινό. Σύμφωνα με τον Dalcanton, αυτή είναι μια από τις πιο σημαντικές πτυχές της αποστολής.
«Χιλιάδες μυαλά από όλο τον κόσμο θα είναι σε θέση να σκεφτούν αυτά τα δεδομένα και να βρουν νέους τρόπους για να τα χρησιμοποιήσουν», είπε. είπε . «Είναι δύσκολο να προβλέψουμε τι θα ξεκλειδώσουν τα δεδομένα του WFIRST, αλλά ξέρω ότι όσο περισσότεροι άνθρωποι τα κοιτάζουν, τόσο μεγαλύτερος ο ρυθμός ανακάλυψης».
Η εικονογράφηση ενός καλλιτέχνη του εξωπλανήτη HR8799e. Το όργανο GRAVITY του ESO στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκοπικό Συμβολόμετρο έκανε την πρώτη άμεση οπτική παρατήρηση αυτού του πλανήτη και της ατμόσφαιράς του. Πίστωση: ESO/L. Calçada
Επιπροσθέτως, η αποστολή WFIRST θα συμπληρώσει τα παρατηρητήρια που βρίσκονται ήδη στο διάστημα. Αυτά περιλαμβάνουν τη NASAΧαμπλκαι τοΔιαστημικό τηλεσκόπιο James Webb(η οποία θα διεξάγει επίσης εκτενείς έρευνες στο εγγύς υπέρυθρο), καθώς και της ESA Ευκλείδηςαποστολή – το οποίο θα μετράει τον ρυθμό με τον οποίο διαστέλλεται το Σύμπαν για να προσδιορίσει τον ρόλο που διαδραματίζει η Σκοτεινή Ύλη και η Σκοτεινή Ενέργεια.
Ως Karoline Gilbert, επιστήμονας της αποστολής WFIRST στο Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου (STSI) στη Βαλτιμόρη του Μέριλαντ, βάλε το :
«Με εκατό φορές το οπτικό πεδίο του Hubble και την ικανότητα ταχείας έρευνας του ουρανού, το WFIRST θα είναι ένα εξαιρετικά ισχυρό εργαλείο ανακάλυψης. Ο Webb, ο οποίος είναι 100 φορές πιο ευαίσθητος και μπορεί να δει βαθύτερα στο υπέρυθρο, θα μπορεί να παρατηρήσει τα σπάνια αστρονομικά αντικείμενα που ανακάλυψε το WFIRST με εξαιρετική λεπτομέρεια. Εν τω μεταξύ, το Hubble θα συνεχίσει να παρέχει μια μοναδική θέα στο οπτικό και το υπεριώδες φως που εκπέμπεται από τα αντικείμενα που ανακαλύπτει το WFIRST και ο Webb παρακολουθεί».
Η δεκαετία του 2020 διαμορφώνεται ως μια πολύ συναρπαστική εποχή για τους αστρονόμους και τους λάτρεις της εξερεύνησης του διαστήματος. Εκτός από τα επίγεια και διαστημικά τηλεσκόπια επόμενης γενιάς που θα τεθούν σε λειτουργία, ορισμένες αποστολές προορίζονται να μεταβούν στη Σελήνη, στον Άρη και στο εξωτερικό Ηλιακό Σύστημα. Εάν τα μυστήρια του Σύμπαντος και ό,τι κρύβεται μέσα του μπορούν να παρομοιαστούν με ένα κρεμμύδι, τότε είναι σίγουρο ότι θα ξεφλουδιστούν πολλά στρώματα αυτή τη δεκαετία!
Η προσομοιωμένη εικόνα παρουσιάζεται στο 235η συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στη Χονολουλού της Χαβάης.
Περαιτέρω ανάγνωση: Hubblesite της NASA