Uruchomienie do 2025 r., NASAMisja SPHEREx sporządzi mapę setek milionów galaktyk w 102 kolorach podczerwieni, aby zbadać ekspansję Wszechświata, emisję światła galaktyk i kluczowe cząsteczki niezbędne do życia, zwiększając nasze zrozumienie kosmosu.
Wystrzelona w kwietniu 2025 r. misja NASA SPHEREx nie będzie pierwszym teleskopem kosmicznym, który będzie obserwował setki milionów gwiazd i galaktyk, ale pierwszym, który zrobi to w 102 kolorach w podczerwieni. Chociaż kolory te są niewidoczne dla ludzkiego oka, naukowcy wykorzystają dane w podczerwieni pochodzące ze statku SPHEREx do zbadania zagadnień sięgających od fizyki, która ukształtowała wszechświat w jego pierwszych chwilach, po pochodzenie wody na planetach takich jak Ziemia.
„Jesteśmy pierwszą misją, która pozwala spojrzeć na całe niebo w tak wielu kolorach” – powiedział główny badacz SPHEREx Jamie Bock, który wspólnie pracuje w Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA (JPL) i Caltech, oba w południowej Kalifornii. „Za każdym razem, gdy astronomowie patrzą na niebo w nowy sposób, możemy spodziewać się odkryć”.
SPHEREx, czyli Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization i Ices Explorer, będzie zbierał światło podczerwone o długości fal nieco dłuższych niż te widoczne dla ludzkiego oka. Teleskop wykorzysta spektroskopię do rozbicia światła milionów gwiazd i galaktyk na różne kolory, podobnie jak pryzmat zamieniający światło słoneczne w tęczę. Ta szczegółowa analiza kolorów może ujawnić skład obiektu, jego odległość od Ziemi i inne kluczowe właściwości.
Oto trzy główne badania naukowe, które SPHEREx przeprowadzi, korzystając ze swojej mapy całego nieba w podczerwieni.
Kosmiczne pochodzenie
To, co ludzkie oko postrzega jako kolory, to różne długości fal światła. Jedyną różnicą między kolorami jest odległość między grzbietami fali świetlnej. Jeśli gwiazda lub galaktyka się porusza, jej fale świetlne ulegają rozciągnięciu lub kompresji, zmieniając kolory, które wydają się emitować. (To samo jest z falami dźwiękowymi i dlatego dźwięk syreny ambulansu wydaje się wzrastać w miarę zbliżania się i maleje po przejechaniu). Astronomowie mogą zmierzyć stopień, w jakim światło jest rozciągane lub ściskane, i na tej podstawie określić odległość do obiektu.
SPHEREx zastosuje tę zasadę do mapowania pozycji setek milionów galaktyk w 3D. W ten sposób naukowcy mogą badać fizykę inflacji, zdarzenia, które spowodowało, że Wszechświat rozszerzył się bilion bilionów razy w mniej niż sekundę po Wielkim Wybuchu. Ta szybka ekspansja wzmocniła niewielkie różnice w rozmieszczeniu materii. Ponieważ różnice te pozostają dziś widoczne w rozmieszczeniu galaktyk, pomiar rozmieszczenia galaktyk może powiedzieć naukowcom więcej o tym, jak działała inflacja.
Początki Galaktyki
SPHEREx będzie także mierzyć zbiorczy blask wytwarzany przez wszystkie bliskie i odległe galaktyki — innymi słowy, całkowitą ilość światła emitowanego przez galaktyki w historii kosmosu. Naukowcy próbowali oszacować tę całkowitą moc światła, obserwując poszczególne galaktyki i ekstrapolując ją na biliony galaktyk we wszechświecie. Jednak te obliczenia mogą pominąć niektóre słabe lub ukryte źródła światła, takie jak galaktyki zbyt małe lub zbyt odległe, aby teleskopy mogły je łatwo wykryć.
Dzięki spektroskopii SPHEREx może także pokazać astronomom, jak zmieniała się całkowita moc światła w czasie. Może na przykład ujawnić, że najwcześniejsze generacje galaktyk we wszechświecie wytwarzały więcej światła, niż wcześniej sądzono, albo dlatego, że było ich więcej, albo były większe i jaśniejsze, niż sugerują obecne szacunki. Ponieważ światło potrzebuje czasu, aby podróżować w przestrzeni, widzimy odległe obiekty takimi, jakie były w przeszłości. W miarę przemieszczania się światła ekspansja Wszechświata rozciąga je, zmieniając jego długość fali i kolor. Naukowcy mogą zatem wykorzystać dane SPHEREx do ustalenia, jak daleko przebyło światło i gdzie w historii Wszechświata zostało uwolnione.
Pochodzenie wody
SPHEREx będzie mierzyć obfitość zamarzniętej wody, dwutlenku węgla i innych składników niezbędnych do życia, jakie znamy, w ponad 9 milionach unikalnych kierunków na całym świecie. Droga Mleczna galaktyka. Informacje te pomogą naukowcom lepiej zrozumieć, w jakim stopniu te kluczowe cząsteczki są dostępne dla formowania się planet. Badania wskazują, że większość wody w naszej galaktyce ma postać lodu, a nie gazu, zamrożonego na powierzchni małych ziaren pyłu. W gęstych obłokach, w których tworzą się gwiazdy, te lodowate ziarna pyłu mogą stać się częścią nowo powstających planet, mogąc stworzyć oceany podobne do tych na Ziemi.
Kolorowy widok wykonany przez misję umożliwi naukowcom identyfikację tych materiałów, ponieważ pierwiastki chemiczne i cząsteczki pozostawiają niepowtarzalny ślad w postaci kolorów, które absorbują i emitują.
Duży obraz
Wiele teleskopów kosmicznych, w tym należący do NASA Hubble i James Webb, może zapewnić dogłębną spektroskopię o wysokiej rozdzielczości pojedynczych obiektów lub małych fragmentów przestrzeni. Inne teleskopy kosmiczne, takie jak należący do NASA Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), zostały zaprojektowane do wykonywania zdjęć całego nieba. SPHEREx łączy te możliwości, aby zastosować spektroskopię do całego nieba.
Łącząc obserwacje z teleskopów nakierowanych na określone części nieba z szerszym obrazem SPHEREx, naukowcy uzyskają pełniejszą – i bardziej kolorową – perspektywę wszechświata.
Więcej o SPHEREx
SPHEREx, zarządzany przez Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA dla Działu Astrofizyki NASA, to przełomowa misja kosmiczna zaprojektowana w celu badania kosmosu z niespotykaną dotąd szczegółowością za pomocą spektroskopii w podczerwieni. Zbudowany przez BAE Systems (dawniej Ball Aerospace), SPHEREx łączy teleskop i magistralę statku kosmicznego w celu gromadzenia danych z całego wszechświata. Globalny zespół naukowców z 10 instytucji w USA i Korei Południowej poprowadzi analizę naukową, a przetwarzaniem i archiwizacją danych zajmie się IPAC w Caltech. Celem SPHEREx, którego głównym badaczem jest Caltech i JPL, jest stworzenie publicznie dostępnej, kolorowej mapy wszechświata, która pomoże w rozwikłaniu tajemnic kosmicznego pochodzenia, powstawania galaktyk i niezbędnych składników życia.
