Als het de ruimte in 2025 inneemt, is de Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) zal het krachtigste observatorium zijn dat ooit is ingezet, als opvolger van de eerbiedwaardige Hubble en Spitzer ruimtetelescopen. Zich baserend op een unieke combinatie van hoge resolutie met een breed gezichtsveld, zal WFIRST het equivalent van 100 kunnen vastleggen Hubble-kwaliteit beelden met een enkele opname en bekijk de nachtelijke hemel met 1000 keer de snelheid.
Ter voorbereiding op deze gedenkwaardige gebeurtenis hebben astronomen van het Goddard Space Flight Center van NASA simulaties uitgevoerd om te demonstreren wat de WFIRST kunnen zien, zodat ze hun waarnemingen kunnen plannen. Om kijkers een voorproefje te geven van hoe dit eruit zou zien, heeft NASA's Goddard Space Flight Center een video gedeeld die de WFIRST simuleert die een onderzoek uitvoert naar de naburige Andromeda Galaxy (M31).
De simulatie, die deze week werd gepresenteerd tijdens de 235e bijeenkomst van de American Astronomical Society (ASS) in Honululu, is gebaseerd op gegevens verkregen door Hubble in de loop van honderden observaties van Andromeda. Op deze manier geeft de simulatie kijkers een voorbeeld van de uitgestrekte uitgestrektheid en fijne details die de WFIRST met slechts één afbeelding kan bieden.
De gesimuleerde opname beslaat een gebied van 34.000 lichtjaar in doorsnee en toont het rode en infrarode licht van meer dan 50 miljoen individuele sterren. Met dit soort beeldvermogen kon de WFIRST binnen een paar maanden evenveel van de lucht in het nabij-infraroodspectrum meten als Hubble in de loop van drie decennia deed - en net zo gedetailleerd.
Elisa Quintana, de WFIRST-adjunct-projectwetenschapper voor communicatie bij NASA's Goddard Space Flight Center, is ervan overtuigd dat de WFIRST zal leiden tot een revolutie in de astrofysica. Zoals ze zei in een recent persbericht van NASA:
“Om fundamentele vragen te beantwoorden, zoals: hoe vaak komen planeten zoals die in ons zonnestelsel voor? Hoe ontstaan, evolueren en werken sterrenstelsels samen? Hoe - en waarom - is de expansiesnelheid van het universum in de loop van de tijd precies veranderd? We hebben een tool nodig die ons zowel een breed als gedetailleerd zicht op de lucht kan geven. WFIRST zal die tool zijn. '
De 18 afbeeldingen die in de simulatie worden weergegeven, vertegenwoordigen een nauwkeurige weergave van wat de WFIRST zal zien bij elke aanwijzing en opname. Met zijn 18 detectoren, die elk 4096 x 4096 pixels meten, beslaat de WFIRST een gebied van ongeveer 1? keer dat van een Volle Maan bij elke aanwijzing - terwijl individuele Hubble-beelden een gebied beslaan dat minder dan 1% van het gebied van een Volle Maan beslaat.
Naast de afbeeldingsmogelijkheden is er ook de buitengewone meetsnelheid die de WFIRST zal bieden, wat het resultaat is van zijn brede gezichtsveld. Door in één aanwijzing een groter gebied te kunnen volgen en snel van het ene veld naar het andere te kunnen overschakelen, zal het missieteam niet het moeizame proces van herbenoeming hoeven te doorlopen telkens wanneer ze een nieuw veld willen onderzoeken.
Een andere factor is de baan die de WFIRST zal innemen, wat een zicht zal geven op de ruimte die over het algemeen onbelemmerd is door de aarde. Terwijl Hubble's Low Earth Orbit (LEO) van ongeveer 560 km (350 mi) betekende dat het vaak in staat was om gegevens te verzamelen voor slechts de helft van zijn omlooptijd, WFIRST zal zich in een brede baan van ongeveer 1,6 miljoen km (1 miljoen mi) bevinden . Op deze afstand kan hij vrijwel continu observaties uitvoeren.
Ben Williams, een astronoom aan de Universiteit van Washington in Seattle, was verantwoordelijk voor het genereren van de gesimuleerde dataset voor deze afbeelding. Zoals hij uitlegde, zal de WFIRST een waardevolle gelegenheid zijn om grote objecten in de buurt, zoals Andromeda, te begrijpen, die anders extreem tijdrovend zijn om in beeld te brengen omdat ze zo'n groot deel van de hemel in beslag nemen:
“We hebben de afgelopen decennia beelden gemaakt met hoge resolutie in kleine delen van nabijgelegen sterrenstelsels. Met Hubble krijg je deze werkelijk verleidelijke glimpen van zeer complexe systemen in de buurt. Met WFIRST kun je ineens alles afdekken zonder veel tijd te besteden. ”
Kortom, de mogelijkheid om beelden van zo'n groot gebied vast te leggen, biedt astronomen de context die ze nodig hebben om te begrijpen hoe sterren ontstaan en hoe sterrenstelsels in de loop van de tijd veranderen. In wezen zal een breed gezichtsveld astronomen in staat stellen om niet alleen individuele sterren of sterrenstelsels te bestuderen, maar ook de structuren die ze bewonen en de omgeving.
Met dit niveau van technologie en mogelijkheden tot hun beschikking, kijken missiecontrollers uit naar het verzamelen van enorme hoeveelheden gegevens over de kosmos. Tijdens de geplande missie van 5 jaar zal WFIRST naar verwachting meer dan 20 petabytes aan informatie vergaren over duizenden planeten, miljarden sterren en miljoenen sterrenstelsels. Deze gegevens zullen worden gebruikt om de fundamentele vragen van de kosmos en de wetten die erop van toepassing zijn aan te pakken.
Deze omvatten of kosmische expansie het gevolg is van een mysterieuze, ongeziene kracht (ook bekend als Dark Energy) of een afbraak van algemene relativiteitstheorie op kosmologische schalen; wanneer de eerste sterrenstelsels in het heelal verschenen en hoe ze sindsdien zijn geëvolueerd; en of planeten buiten ons zonnestelsel (extrasolaire planeten) al dan niet voldoende atmosfeer en de noodzakelijke omstandigheden op hun oppervlak hebben om het leven te ondersteunen.
Julianne Dalcanton, professor in de astronomie aan de Universiteit van Washington, leidde het Panchromatic Hubble Andromeda Treasury (PHAT) -programma waarop de gesimuleerde gegevens zijn gebaseerd. Zoals ze uitlegde, kan de combinatie van WFIRST's ultra-telefoto- en supergroothoekmogelijkheden (zoals aangetoond met hun simulatie) baanbrekend zijn:
“Het PHAT-onderzoek van Andromeda was een enorme tijdsinvestering, die een zorgvuldige rechtvaardiging en voorbedachtheid vereiste. Deze nieuwe simulatie laat zien hoe gemakkelijk een gelijkwaardige waarneming voor WFIRST kan zijn. ”
Als het eenmaal operationeel is, zal WFIRST een aanzienlijk deel van zijn tijd besteden aan het monitoren van honderdduizenden verre sterrenstelsels op supernova-explosies, die kunnen worden gebruikt om donkere energie en de uitdijing van het heelal te bestuderen. Het zal deze tijd ook gebruiken om de vormen en verdelingen van sterrenstelsels in kaart te brengen om beter te begrijpen hoe het heelal is geëvolueerd in de bijna 14 miljard jaar sinds de oerknal.
WFIRST zal ook de helderheid van miljarden sterren in de Melkweg in de gaten houden om op zoek te gaan naar mogelijke microlensing-gebeurtenissen. Deze komen voor wanneer planeten tussen hun ster en de waarnemer passeren, waardoor het licht van de ster tijdelijk wordt versterkt. Gezien de hoge resolutie, zal WFIRST naar verwachting veel kleine exoplaneten detecteren, die ver van hun ster verwijderd zijn, en malafide planeten - en dus een cruciale rol spelen bij het voltooien van de telling van exoplaneten.
WFIRST zal ook optreden als een technologiedemonstrator door een coronagraaf te dragen, een instrument dat is ontworpen om het licht van een ster te blokkeren, zodat planeten die eromheen draaien direct kunnen worden afgebeeld en gekarakteriseerd. Een andere primeur is dat de door WFIRST verzamelde gegevens open access zijn en onmiddellijk beschikbaar zijn voor het publiek. Volgens Dalcanton is dit een van de belangrijkste aspecten van de missie.
"Duizenden geesten van over de hele wereld zullen over die gegevens kunnen nadenken en nieuwe manieren kunnen bedenken om ze te gebruiken", zei ze. "Het is moeilijk om te anticiperen wat de WFIRST-gegevens zullen ontgrendelen, maar ik weet wel dat hoe meer mensen we ernaar kijken, hoe sneller het ontdekt kan worden."
Als klap op de vuurpijl zal de WFIRST-missie observatoria aanvullen die al in de ruimte zijn. Deze omvatten NASA's Hubble en de James Webb Space Telescope (die ook uitgebreide onderzoeken zal uitvoeren in het nabij-infrarood), evenals de ESA's Euclid missie - die de snelheid meet waarmee het universum zich uitbreidt om de rol van donkere materie en donkere energie te bepalen.
Zoals Karoline Gilbert, een WFIRST Mission Scientist bij het Space Telescope Science Institute (STSI) in Baltimore, Maryland, het verwoordde:
“Met honderd keer het gezichtsveld van Hubble en de mogelijkheid om snel de lucht te onderzoeken, zal WFIRST een uiterst krachtig ontdekkingsinstrument zijn. Webb, dat 100 keer gevoeliger is en dieper in het infrarood kan kijken, zal de zeldzame astronomische objecten die door WFIRST zijn ontdekt tot in het kleinste detail kunnen observeren. Ondertussen blijft Hubble een uniek zicht bieden op het optische en ultraviolette licht dat wordt uitgestraald door de objecten die WFIRST ontdekt, en Webb volgt op. "
De jaren 2020 worden een zeer opwindende tijd voor astronomen en liefhebbers van ruimteverkenning. Afgezien van de volgende generatie grond- en ruimtetelescopen die in dienst zullen treden, zijn een aantal missies bestemd om naar de maan, naar Mars en het buitenste zonnestelsel te gaan. Als de mysteries van het heelal en alles wat erin ligt, kunnen worden vergeleken met een ui, dan zullen er in dit decennium zeker meerdere lagen worden gepeld!
Het gesimuleerde beeld wordt gepresenteerd op de 235e bijeenkomst van de American Astronomical Society in Honolulu, Hawaii.
