Simuleret billede demonstrerer styrken af ​​NASAs Wide Field Infrared Survey Telescope

Forestil dig en flåde af 100 Hubble-rumteleskoper, indsat i et strategisk space-invader-formet array en million miles fra Jorden, scanner universet med warp-hastighed.

Med NASA's Wide Field Infrared Survey Telescope, planlagt til lancering i midten af ​​2020'erne, denne vision vil (effektivt) blive til virkelighed.

WFIRST vil tage det, der svarer til 100 højopløselige Hubble-billeder i et enkelt skud, billeddannelse af store områder af himlen 1, 000 gange hurtigere end Hubble. Om flere måneder, WFIRST kunne overvåge lige så meget af himlen i nær-infrarødt lys - i lige så mange detaljer - som Hubble har gjort det gennem hele tre årtier.

Elisa Quintana, WFIRST viceprojektforsker for kommunikation ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, er overbevist om, at WFIRST vil have magten til at transformere astrofysik. "For at besvare grundlæggende spørgsmål som:Hvor almindelige er planeter som dem i vores solsystem? Hvordan dannes galakser, udvikle sig, og interagere? Præcis hvordan – og hvorfor – har universets ekspansionshastighed ændret sig over tid? Vi har brug for et værktøj, der kan give os både et bredt og detaljeret udsyn til himlen. WFIRST vil være det værktøj."

Selvom WFIRST endnu ikke har åbnet sin bredde, skarpe øjne på universet, astronomer kører allerede simuleringer for at demonstrere, hvad det vil være i stand til at se og planlægge deres observationer.

Dette simulerede billede af en del af vores nabogalakse, Andromeda (M31), giver en forhåndsvisning af den store udstrækning og fine detaljer, der kan dækkes med blot en enkelt pegning af WFIRST. Ved at bruge information indsamlet fra hundredvis af Hubble-observationer, det simulerede billede dækker et skår på ca. 34, 000 lysår på tværs, viser det røde og infrarøde lys fra mere end 50 millioner individuelle stjerner, der kan detekteres med WFIRST.

Selvom det kan synes at være et noget tilfældigt arrangement af 18 separate billeder, simuleringen repræsenterer faktisk et enkelt skud. Atten firkantede detektorer, 4096 x 4096 pixels hver, udgør WFIRSTs Wide Field Instrument (WFI) og giv teleskopet sit unikke vindue ud i rummet.

For hver pegning, WFIRST vil dække et område, der er cirka 1½ gange større end fuldmånen. Til sammenligning, hvert enkelt infrarøde Hubble-billede dækker et område på mindre end 1 % af fuldmånen.

Fordelene ved hastighed

WFIRST er designet til at indsamle de store data, der er nødvendige for at tackle væsentlige spørgsmål på tværs af en bred vifte af emner, inklusive mørk energi, exoplaneter, og generel astrofysik, der spænder fra vores solsystem til de fjerneste galakser i det observerbare univers. I løbet af dens planlagte 5-årige levetid, WFIRST forventes at samle mere end 20 petabyte information på tusindvis af planeter, milliarder af stjerner, millioner af galakser, og de grundlæggende kræfter, der styrer kosmos.

For astronomer som Ben Williams fra University of Washington i Seattle, hvem genererede det simulerede datasæt for dette billede, WFIRST vil give en værdifuld mulighed for at forstå store nærliggende objekter som Andromeda, som ellers er ekstremt tidskrævende at afbilde, fordi de fylder så stor en 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, lige pludselig kan du dække det hele uden at bruge en masse tid, " sagde Williams.

Evnen til at afbilde et så stort område vil give astronomerne vigtig kontekst, der er nødvendig for at forstå, hvordan stjerner dannes, og hvordan galakser ændrer sig over tid. Williams forklarede, at med et bredt felt, "Du får de individuelle stjerner, du får de strukturer, de bor i, og de strukturer, der omgiver dem i deres miljø."

Julianne Dalcanton fra University of Washington, som ledede Panchromatic Hubble Andromeda Treasury (PHAT)-programmet, som de simulerede data er baseret på, mener også, at WFIRSTs kombination af ultra-telefoto og supervidvinkelfunktioner vil være banebrydende. "PHAT-undersøgelsen af ​​Andromeda var en enorm investering af tid, kræver omhyggelig begrundelse og omtanke. Denne nye simulering viser, hvor let en tilsvarende observation kunne være for WFIRST." WFIRST kunne undersøge Andromeda næsten 1, 500 gange hurtigere end Hubble, at bygge et panorama af galaksens hovedskive på få timer.

WFIRSTs ekstraordinære undersøgelseshastighed er et resultat af dets brede synsfelt, dens smidighed, og dens kredsløb. Williams forklarede, at ved at dække mere område i ét felt og være i stand til at skifte felt hurtigere, "du undgår alle de omkostninger, der er forbundet med at rette teleskopet om så mange gange." Ud over, WFIRSTs kredsløb en million miles ud vil give et udsyn, der generelt er uhindret af Jorden. Mens Hubble ofte er i stand til at indsamle data under kun halvdelen af ​​sin lave kredsløb om Jorden 350 miles op, WFIRST vil være i stand til at observere mere eller mindre kontinuerligt.

Større undersøgelsesprogrammer

Fordi det kan indsamle så mange detaljerede data så hurtigt, WFIRST er ideel til store undersøgelser. En betydelig del af missionen vil blive dedikeret til at overvåge hundredtusindvis af fjerne galakser for supernovaeksplosioner, som kan bruges til at studere mørk energi og universets udvidelse. Et andet stort program vil involvere kortlægning af galaksers former og fordeling for bedre at forstå, hvordan universet – inklusive galakser, mørkt stof, og mørk energi – har udviklet sig i løbet af de sidste 13+ milliarder år.

WFIRST vil også spille en vigtig rolle i tællingen af ​​exoplaneter. Ved at overvåge lysstyrken af ​​milliarder af stjerner i Mælkevejen, astronomer forventer at fange tusindvis af mikrolinsebegivenheder - en lille stigning i lysstyrken, der opstår, når en planet passerer mellem teleskopet og en fjern stjerne. WFIRSTs evne til at opdage planeter, der er relativt små eller langt fra deres egne stjerner – såvel som slyngelplaneter, som slet ikke kredser om nogen stjerne - vil hjælpe med at udfylde store huller i vores viden om planeter uden for vores solsystem. Selvom mikrolinsning ikke vil give os muligheden for at se exoplaneter direkte, WFIRST vil også bære en koronagraf, et teknologisk demonstrationsinstrument designet til at blokere nok af det blændende stjernelys til at muliggøre direkte billeddannelse og karakterisering af kredsende planeter.

Disse store undersøgelser forventes også at afsløre det uventede:mærkeligt, forbigående fænomener, som aldrig før er blevet observeret. "Hvis du dækker meget af himlen, du vil finde de sjældne ting, " forklarede Williams.

Open-Access Data

Yderligere udvide dens potentielle virkning, alle data indsamlet af WFIRST vil være ikke-proprietære og umiddelbart tilgængelige for offentligheden. Dalcanton understregede vigtigheden af ​​dette aspekt af missionen:"Tusindvis af hjerner fra hele kloden vil være i stand til at tænke på disse data og finde på nye måder at bruge dem på. Det er svært at forudse, hvad WFIRST-dataene vil låse op, men jeg ved, at jo flere mennesker vi har, der kigger på det, jo større opdagelseshastighed."

Supplerer andre observatorier

WFIRSTs kombination af talenter vil være et værdifuldt supplement til andre observatorier, herunder Hubble og James Webb Space Telescope. "Med hundrede gange Hubbles synsfelt, og evnen til hurtigt at overskue himlen, WFIRST vil være et ekstremt kraftfuldt opdagelsesværktøj, " forklarede Karoline Gilbert, WFIRST Mission Scientist ved Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland. "Webb, som er 100 gange mere følsom og kan se dybere ind i det infrarøde, vil være i stand til at observere de sjældne astronomiske objekter opdaget af WFIRST i udsøgte detaljer. I mellemtiden Hubble vil fortsætte med at give et unikt indblik i det optiske og ultraviolette lys, der udsendes af de objekter, som WFIRST opdager, og Webb følger op på."

Det simulerede billede præsenteres på det 235. møde i American Astronomical Society i Honolulu, Hawaii.