Foreslået astrofysikmission for at udføre den første infrarøde spektralundersøgelse af hele himlen

NASA har for nylig valgt seks foreslåede astrofysiske missioner til konceptstudier. Blandt dem er Spectro-Photometer for the History of the Universe, Reioniseringens epoke, og Ice Explorer, eller SPHEREx, som har til formål at låse op for universets mysterier ved at udføre den første spektralundersøgelse i hele himlen.

Hvis valgt til konstruktion og lancering, undersøgelsen leveret af rumfartøjet SPHEREx kunne give afgørende indsigt i galaksers oprindelse og udvikling, og kunne hjælpe videnskabsmænd med at undersøge, om planeter omkring andre stjerner kan rumme liv.

"SPHEREx vil producere den første infrarøde spektrale undersøgelse af hele himlen. Denne undersøgelse vil have brede anvendelser inden for astronomi, giver rige spektre af galakser, kvasarer, stjerner, klynger og vores galakse. Efter den udstrakte brug af tidligere undersøgelser i hele himmelen, såsom Infrared Astronomical Satellite (IRAS) og Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), SPHEREx vil have en varig værdi for astronomisamfundet, "James Bock, Principal investigator for SPHEREx ved California Institute of Technology (Caltech), fortalte Astrowatch.net.

SPHEREx vil være baseret på en lille satellitbus udstyret med stjernesporere, S og Ka-Band antenner og solpaneler. Rumfartøjet vil bære en videnskabelig nyttelast på op til 69 kg, inklusive et teleskop til dets observationsformål. Den vil også have fotonskjolde designet til at beskytte nyttelasten mod stråling fra solen og jorden.

Missionslederne understreger, at rumfartøjet vil have et enkelt og robust design, der maksimerer spektral gennemstrømning og effektivitet. Den vil ikke have nogen bevægelige dele bortset fra et solskærm og blændedæksel, der kun vil blive installeret én gang.

Den optiske nyttelast af SPHEREx-missionen vil være en 20 centimeter, teleskop helt i aluminium med et bredt synsfelt på 3,5° x 7°, afbildet på fire 2k x 2k HgCdTe detektorarrays. Dette billeddannelsessystem vil give SPHEREx mulighed for at opnå spektre gennem flere eksponeringer, at placere en given kilde på flere positioner i synsfeltet, hvor det vil blive målt ved flere bølgelængder ved at pege rumfartøjet om.

"Med flere bølgelængder, SPHEREx kan vurdere lysproduktionen fra alle galaksepopulationer, inklusive den første generation af galakser dannet af urmateriale, " sagde Bock.

Han sagde, at SPHEREx er designet til at adressere tre centrale videnskabelige temaer. For det første, den vil søge efter en signatur for inflation kaldet "ikke-Gaussianitet, "en signatur af multi-felt modeller af inflation.

"SPHEREx undersøger inflationen ved at lave en stor mængde undersøgelse af galakser med speciale i lavere rødforskydninger end Euclid, " bemærkede Bock.

For det andet missionen vil undersøge vand og biogen is i det interstellare medium. I betragtning af at hovedparten af ​​vand i de tætte molekylære skyer, der danner stjernedannelse, er i form af is på interstellare støvkorn, forskere er særligt interesserede i, hvordan det kommer til at danne protoplanetariske systemer.

"SPHEREx vil måle mængden af ​​vand og andre biogene iser gennem de tidlige faser af stjernedannelse, fra tætte molekylære skyer til unge stjerner med protoplanetariske skiver, " sagde Bock.

Endelig, SPHEREx vil studere historien om galaksedannelse ved at kortlægge storskala klyngeudsving i to dybe undersøgelsesfelter placeret ved de ekliptiske poler. Ifølge Bock, klyngesignalet stammer fra galakser, der sporer mørkt stof, og skalerer med den samlede lysproduktion.

SPHEREx forventes at fungere i rummet i 25 måneder. I dens nominelle levetid, den skal kortlægge hele himlen fire gange. Dataene fra rumfartøjet kunne derefter bruges af det videnskabelige samfund verden over til mange undersøgelser og undersøgelser, giver nye resultater og opdagelser.

"Vi kan også se frem til mange opdagelser fra astronomisamfundet ved hjælp af spektralundersøgelsesarkivet, som vi ikke kan forudse nu, " sagde Bock.

Han håber, at SPHEREx kunne give nogle vigtige hints om universets oprindelse, forbedre vores viden om dets fødsel og udvikling. For eksempel, der er overbevisende beviser for, at universets fødsel er tæt forbundet med inflation, en voldsom eksponentiel ekspansion. Mens den grundlæggende idé om inflation har bestået flere observationstest, Fysikken, der driver inflationen, er mystisk, og sandsynligvis forankret i eksotisk fysik ved høje energiskalaer uden for rækkevidde af standardmodellen i partikelfysik.

"Alligevel tilbyder naturen måder at begrænse inflationsfysikken på. Ikke-Gaussianitet er karakteristisk for en klasse af inflationsmodeller med flere felter i stedet for et enkelt felt. SPHEREx vil forbedre fejlene på ikke-Gaussianitet med mere end en faktor 10 for at skelne disse to scenarier, " sluttede Bock.

SPHEREx-missionen er i øjeblikket i den indledende fase af undersøgelser kendt som "Fase A, ", der varer ni måneder. Efter denne fase af konceptundersøgelser og detaljerede evalueringer, NASA vil inden 2019 beslutte, om missionen skal udvikles og opsendes i rummet. Den tidligste lanceringsdato er i øjeblikket fastsat til 2022.