Όταν χρειάζεται στο διάστημα το 2025, το Τηλεσκόπιο έρευνας υπερύθρων ευρείας περιοχής (WFIRST) θα είναι το πιο ισχυρό παρατηρητήριο που έχει αναπτυχθεί ποτέ, μετά το σεβασμό Χαμπλ και Σπίτζερ διαστημικά τηλεσκόπια. Στηριζόμενος σε έναν μοναδικό συνδυασμό υψηλής ανάλυσης με ευρύ οπτικό πεδίο, το WFIRST θα μπορεί να συλλάβει το ισοδύναμο των 100 Χαμπλ- εικόνες ποιότητας με μία μόνο λήψη και έρευνα του νυχτερινού ουρανού με 1.000 φορές την ταχύτητα.
Προετοιμασία αυτού του σημαντικού γεγονότος, οι αστρονόμοι στο Goddard Space Flight Center της NASA διεξήγαγαν προσομοιώσεις για να δείξουν τι θα μπορούσε να δει το WFIRST, ώστε να μπορούν να προγραμματίσουν τις παρατηρήσεις τους. Για να δώσει στους θεατές μια προεπισκόπηση του πώς θα μοιάζει, το Goddard Space Flight Center της NASA έχει μοιραστεί ένα βίντεο που προσομοιώνει το WFIRST που διεξάγει μια έρευνα για τον γειτονικό γαλαξία Andromeda (M31).
Η προσομοίωση, η οποία παρουσιάστηκε αυτήν την εβδομάδα στην 235η συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας (ASS) στη Χουλουλού, βασίζεται σε δεδομένα που ελήφθησαν από Χαμπλ κατά τη διάρκεια εκατοντάδων παρατηρήσεων της Ανδρομέδας. Με αυτόν τον τρόπο, η προσομοίωση δίνει στους θεατές μια προεπισκόπηση της τεράστιας και εκτενής λεπτομέρειας που μπορεί να παρέχει το WFIRST με μία μόνο εικόνα.
Η προσομοιωμένη λήψη καλύπτει μια περιοχή χώρου διαστάσεων 34.000 ετών φωτός και προβάλλει το κόκκινο και υπέρυθρο φως πάνω από 50 εκατομμύρια μεμονωμένα αστέρια. Με αυτό το είδος απεικονιστικής δύναμης, το WFIRST θα μπορούσε να ερευνήσει σε λίγους μήνες τόσο μεγάλο μέρος του ουρανού στο φάσμα σχεδόν υπέρυθρων ακτίνων, όπως έκανε ο Hubble κατά τη διάρκεια τριών δεκαετιών - και με τόση λεπτομέρεια.
Η Elisa Quintana, η Αναπληρωτής Επιστήμονας του WFIRST για τις Επικοινωνίες στο Διαστημικό Κέντρο Πτήσης Goddard της NASA, είναι πεπεισμένη ότι το WFIRST θα οδηγήσει σε μια επανάσταση στην αστροφυσική. Όπως δήλωσε σε πρόσφατο δελτίο τύπου της NASA:
«Για να απαντήσουμε σε θεμελιώδεις ερωτήσεις όπως: Πόσο συνηθισμένοι είναι οι πλανήτες όπως αυτοί στο ηλιακό μας σύστημα; Πώς σχηματίζονται, εξελίσσονται και αλληλεπιδρούν οι γαλαξίες; Ακριβώς πώς - και γιατί - ο ρυθμός επέκτασης του σύμπαντος άλλαξε με την πάροδο του χρόνου; Χρειαζόμαστε ένα εργαλείο που μπορεί να μας προσφέρει μια ευρεία και λεπτομερή θέα στον ουρανό. 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 λήψη και λήψη εικόνας. Με τους 18 ανιχνευτές, καθένας από τους οποίους έχει μέγεθος 4096 x 4096 pixel, το WFIRST θα καλύπτει μια περιοχή περίπου 1; φορές μεγαλύτερη από την Πανσέληνο με κάθε υπόδειξη - ενώ οι μεμονωμένες εικόνες του Χαμπλ καλύπτουν μια περιοχή κάτω από το 1% της περιοχής μιας Πανσέληνου.
Εκτός από τις δυνατότητες απεικόνισής του, υπάρχει επίσης η εξαιρετική ταχύτητα έρευνας που θα προσφέρει το WFIRST, το οποίο είναι το αποτέλεσμα του ευρέως οπτικού πεδίου του. Έχοντας τη δυνατότητα να παρακολουθείτε μια μεγαλύτερη περιοχή με ένα μόνο σημείο και να αλλάζετε γρήγορα από το ένα πεδίο στο άλλο, η ομάδα της αποστολής δεν θα χρειάζεται να περάσει από την επίπονη διαδικασία επαναπροσδιορισμού κάθε φορά που θέλει να εξετάσει ένα νέο πεδίο.
Ένας άλλος παράγοντας είναι η τροχιά που θα καταλάβει η WFIRST, η οποία θα δώσει μια άποψη του χώρου που είναι γενικά ανεμπόδιστος από τη Γη. Ενώ ΧαμπλΗ χαμηλή τροχιά της Γης (LEO) περίπου 560 χλμ (350 μίλια) σήμαινε ότι ήταν συχνά σε θέση να συλλέξει δεδομένα μόνο για το ήμισυ της τροχιακής της περιόδου, το WFIRST θα βρίσκεται σε ευρεία τροχιά περίπου 1,6 εκατομμυρίων χιλιομέτρων (1 εκατομμύριο μίλια) . Σε αυτήν την απόσταση, θα μπορεί να πραγματοποιεί παρατηρήσεις με σχεδόν συνεχή τρόπο.
Ο Ben Williams, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σιάτλ, ήταν υπεύθυνος για τη δημιουργία του προσομοιωμένου συνόλου δεδομένων για αυτήν την εικόνα. Όπως εξήγησε, το WFIRST θα προσφέρει μια πολύτιμη ευκαιρία να κατανοήσουμε μεγάλα κοντινά αντικείμενα όπως η Ανδρομέδα, τα οποία διαφορετικά είναι εξαιρετικά χρονοβόρα για την εικόνα, επειδή καταλαμβάνουν τόσο μεγάλο μέρος του ουρανού:
«Έχουμε περάσει τις τελευταίες δύο δεκαετίες για λήψη εικόνων σε υψηλή ανάλυση σε μικρά μέρη κοντινών γαλαξιών. Με το Hubble έχετε αυτές τις πραγματικά μαγευτικές ματιές πολύπλοκων κοντινών συστημάτων. Με το WFIRST, ξαφνικά μπορείτε να καλύψετε το όλο θέμα χωρίς να ξοδέψετε πολύ χρόνο. "
Βασικά, η ικανότητα λήψης εικόνων μιας τόσο μεγάλης περιοχής θα παρέχει στους αστρονόμους το πλαίσιο που χρειάζονται για να κατανοήσουν πώς σχηματίζονται τα αστέρια και πώς οι γαλαξίες αλλάζουν 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.
Με αυτό το επίπεδο τεχνολογίας και ικανότητας στη διάθεσή τους, οι υπεύθυνοι της αποστολής προσβλέπουν στη συλλογή τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων στον κόσμο. Κατά τη διάρκεια της πενταετούς προγραμματισμένης αποστολής του, το WFIRST αναμένεται να συγκεντρώσει περισσότερες από 20 petabytes πληροφοριών για χιλιάδες πλανήτες, δισεκατομμύρια αστέρια και εκατομμύρια γαλαξίες. Αυτά τα δεδομένα θα χρησιμοποιηθούν για την αντιμετώπιση των θεμελιωδών ερωτημάτων του Κόσμου και των νόμων που το διέπουν.
Σε αυτά περιλαμβάνονται εάν η κοσμική επέκταση οφείλεται σε μια μυστηριώδη, αόρατη δύναμη (γνωστή και ως Dark Energy) ή σε μια ανάλυση της Γενικής Σχετικότητας σε κοσμολογικές κλίμακες. όταν εμφανίστηκαν οι πρώτοι γαλαξίες στο Σύμπαν και πώς έχουν εξελιχθεί από τότε · και εάν οι πλανήτες πέραν του Ηλιακού μας Συστήματος (εξωηλιακοί πλανήτες) έχουν επαρκείς ατμόσφαιρες και τις απαραίτητες συνθήκες στις επιφάνειές τους για να στηρίξουν τη ζωή.
Η Julianne Dalcanton, καθηγήτρια αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον, ηγήθηκε του προγράμματος Panchromatic Hubble Andromeda Treasury (PHAT) στο οποίο βασίζονται τα προσομοιωμένα δεδομένα. Όπως εξήγησε, ο συνδυασμός των εξαιρετικά τηλεφακών και υπερ-ευρυγώνων δυνατοτήτων του WFIRST (όπως αποδεικνύεται με την προσομοίωσή τους) έχει τη δυνατότητα να είναι πρωτοποριακός:
«Η έρευνα PHAT για την Ανδρομέδα ήταν μια τεράστια επένδυση χρόνου, που απαιτούσε προσεκτική αιτιολόγηση και προγενέστερη σκέψη. Αυτή η νέα προσομοίωση δείχνει πόσο εύκολο θα μπορούσε να είναι μια ισοδύναμη παρατήρηση για το WFIRST. "
Μόλις τεθεί σε λειτουργία, το WFIRST θα αφιερώσει σημαντικό μέρος του χρόνου του παρακολουθώντας εκατοντάδες χιλιάδες απομακρυσμένους γαλαξίες για εκρήξεις σουπερνόβα, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη της Σκοτεινής Ενέργειας και της επέκτασης του Σύμπαντος. Θα χρησιμοποιήσει επίσης αυτή τη φορά για να χαρτογραφήσει τα σχήματα και τις κατανομές των γαλαξιών προκειμένου να κατανοήσει καλύτερα πώς το Σύμπαν έχει εξελιχθεί τα σχεδόν 14 δισεκατομμύρια χρόνια από το Big Bang.
Το WFIRST θα παρακολουθεί επίσης τη φωτεινότητα δισεκατομμυρίων αστεριών στον Γαλαξία μας για να παρακολουθεί πιθανές εκδηλώσεις μικροαισθητήρα. Αυτά συμβαίνουν όταν οι πλανήτες περνούν μεταξύ του αστεριού τους και του παρατηρητή, ενισχύοντας προσωρινά το φως του αστεριού. Δίνοντας την υψηλή ανάλυσή του, το WFIRST αναμένεται να ανιχνεύσει πολλούς εξωπλανήτες που είναι μικροί, απομακρυσμένοι από τους αστέρες τους και πλανητικούς πλανήτες - παίζοντας έτσι ζωτικό ρόλο στην ολοκλήρωση της απογραφής των εξωπλανητών.
Το WFIRST θα λειτουργήσει επίσης ως επίδειξη τεχνολογίας μεταφέροντας ένα κοράκι, ένα όργανο που έχει σχεδιαστεί για να αποκλείει το φως ενός αστεριού έτσι ώστε οι πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά να μπορούν να απεικονίζονται άμεσα και να χαρακτηριστούν. Σε ένα άλλο πρώτο, τα δεδομένα που συλλέγονται από την WFIRST θα είναι ανοιχτή και θα είναι 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. «Είναι δύσκολο να προβλέψουμε τι θα ξεκλειδώσουν τα δεδομένα του WFIRST, αλλά ξέρω ότι όσο περισσότεροι άνθρωποι το βλέπουμε, τόσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός της ανακάλυψης».
Για να το ολοκληρώσουμε, η αποστολή WFIRST θα συμπληρώσει τα παρατηρητήρια που βρίσκονται ήδη στο διάστημα. Αυτά περιλαμβάνουν τα NASA Χαμπλ και το Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (που θα διεξάγει επίσης εκτεταμένες έρευνες στο εγγύς υπέρυθρο), καθώς και τις ESA Ευκλείδης αποστολή - η οποία θα μετρά τον ρυθμό με τον οποίο το Σύμπαν επεκτείνεται για να προσδιορίσει τον ρόλο που διαδραματίζουν οι Dark Matter και Dark Energy.
Όπως έθεσε η Karoline Gilbert, Επιστήμονας αποστολής WFIRST στο Επιστημονικό Ινστιτούτο Διαστημικού Τηλεσκοπίου (STSI) στη Βαλτιμόρη του Μέριλαντ:
«Με εκατό φορές το οπτικό πεδίο του Χαμπλ και την ικανότητα γρήγορης εξέτασης του ουρανού, το WFIRST θα είναι ένα εξαιρετικά ισχυρό εργαλείο ανακάλυψης. Το Webb, το οποίο είναι 100 φορές πιο ευαίσθητο και μπορεί να δει βαθύτερα στο υπέρυθρο, θα μπορεί να παρατηρήσει τα σπάνια αστρονομικά αντικείμενα που ανακαλύφθηκαν από την WFIRST με εξαιρετική λεπτομέρεια. Εν τω μεταξύ, το Hubble θα συνεχίσει να παρέχει μια μοναδική θέα στο οπτικό και υπεριώδες φως που εκπέμπεται από τα αντικείμενα που ανακαλύπτει το WFIRST και το Webb παρακολουθεί. "
Η δεκαετία του 2020 διαμορφώνεται για να είναι μια πολύ συναρπαστική στιγμή για τους αστρονόμους και τους λάτρεις της εξερεύνησης του διαστήματος. Εκτός από τα τηλεσκόπια εδάφους και διαστήματος επόμενης γενιάς που θα τεθούν σε λειτουργία, ορισμένες αποστολές προορίζονται να πάνε στη Σελήνη, στον Άρη και στο εξωτερικό Ηλιακό Σύστημα. Εάν τα μυστήρια του Σύμπαντος και όλα όσα βρίσκονται μέσα του μπορούν να εξομοιωθούν με ένα κρεμμύδι, τότε σίγουρα πολλά στρώματα θα ξεφλουδίσουν αυτήν τη δεκαετία!
Η προσομοιωμένη εικόνα παρουσιάζεται στην 235η συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στη Χονολουλού της Χαβάης.
