SPHEREx stworzy najbardziej kolorową mapę Wszechświata

Misja NASA SPHEREx nie będzie pierwszym teleskopem kosmicznym obserwującym setki milionów gwiazd i galaktyk, gdy zostanie uruchomiona w kwietniu 2025 roku, ale będzie pierwszym, który uchwyci je w 102 kolorach.

.Chociaż kolory te nie są widoczne dla ludzkiego oka, ponieważ znajdują się w zakresie podczerwieni, naukowcy wykorzystają je do lepszego poznania kosmosu – od fizyki, która rządziła Wszechświatem mniej niż sekundę po jego narodzinach, po pochodzenie wody na planetach takich jak Ziemia.

„Będzie to pierwsza misja, która spojrzy na całe niebo w tak wielu kolorach. Za każdym razem, gdy astronomowie patrzą na niebo w nowy sposób, przynosi to niezwykłe odkrycia odkryć” – mówi Jamie Bock z Jet Propulsion Laboratory NASA.

.SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionisation and Ices Explorer) będzie zbierał światło podczerwone o długości fali nieco dłuższej niż może wykryć ludzkie oko. Teleskop, jak tłumaczą astronomowie, wykorzysta technikę zwaną spektroskopią (nauka o powstawaniu i interpretacji widm, uzyskanych w wyniku oddziaływań wszelkich rodzajów promieniowania na materię rozumianą jako zbiorowisko atomów i cząsteczek), aby pobrać światło z setek milionów gwiazd i galaktyk i rozdzielić je na poszczególne kolory, podobnie jak pryzmat przekształca światło słoneczne w tęczę. Ten podział kolorów może ujawnić różne właściwości obserwowanego obiektu, w tym jego skład i odległość od Ziemi.

To, co ludzkie oczy postrzegają jako kolory, to różne długości fal świetlnych. Jedyną różnicą między nimi jest odległość między ich grzbietami. Jeśli gwiazda lub galaktyka porusza się, jej fale świetlne są rozciągają lub zaciskają, zmieniając kolory, które wydają się emitować. Naukowcy mogą zmierzyć właściwości tej fali i wykorzystać to do określenia odległości do obiektu.

SPHEREx zastosuje tę zasadę do mapowania pozycji setek milionów galaktyk w 3D. W ten sposób astronomowie będą mogli zbadać fizykę inflacji, zdarzenia, które spowodowało, że Wszechświat rozszerzył się w niesamowity sposób, w mniej niż sekundę po Wielkim Wybuchu. Ta gwałtowna ekspansja wzmocniła niewielkie różnice w rozkładzie materii. Ponieważ pozostają one odciśnięte w dzisiejszym rozkładzie galaktyk, pomiar ich rozmieszczenia może powiedzieć naukowcom więcej o tym, jak działała inflacja.

Teleskop zmierzy również zbiorową poświatę wytwarzaną przez obserwowane galaktyki – całkowitą ilość światła emitowanego przez te obiekty w historii kosmosu. Naukowcy próbowali oszacować całkowitą emisję światła poprzez obserwację pojedynczych galaktyk i ekstrapolację na biliony tych struktur we Wszechświecie. Liczby te mogą jednak pomijać niektóre słabe lub ukryte źródła światła, takie jak galaktyki zbyt małe lub zbyt odległe, aby teleskopy mogły je wykryć.

Dzięki spektroskopii, SPHEREx może również pokazać astronomom, jak całkowita moc światła zmieniała się w czasie. Na przykład, może to ujawnić, że najwcześniejsze generacje galaktyk we Wszechświecie wytwarzały więcej światła niż wcześniej sądzono, ponieważ były bardziej obfite lub większe i jaśniejsze niż sugerują obecne obserwacje.

Ponieważ światło potrzebuje czasu, aby przemierzyć przestrzeń kosmiczną, badacze mogą uchwycić odległe obiekty takimi, jakimi były w przeszłości. Gdy światło podróżuje, ekspansja Wszechświata rozciąga je, zmieniając jego długość fali i kolor. Naukowcy mogą zatem wykorzystać dane do określenia, jak daleko światło podróżowało i gdzie w historii kosmosu zostało uwolnione.

SPHEREx będzie mógł również zmierzyć obfitość zamarzniętej wody, dwutlenku węgla i innych składników niezbędnych do życia, jakie znamy, w ponad 9 milionach unikalnych kierunków w galaktyce Drogi Mlecznej. Informacje te pomogą astronomom lepiej zrozumieć, w jakim stopniu te kluczowe cząsteczki występują na tworzących się planetach.

Badania wskazują, że większość wody w naszej galaktyce występuje w postaci lodu, a nie gazu, zamrożonego na powierzchni małych ziaren pyłu. W gęstych chmurach, w których tworzą się gwiazdy, te mała fragmenty mogą stać się częścią nowo formujących się planet, z potencjałem do tworzenia oceanów, takich jak na Ziemi. Misja umożliwi naukowcom identyfikację tych materiałów, ponieważ pierwiastki chemiczne i cząsteczki pozostawiają unikalny podpis w kolorach, które pochłaniają i emitują.

.Wiele teleskopów kosmicznych, w tym należące do NASA Hubble i James Webb, może zapewnić wysoką rozdzielczość i dogłębną spektroskopię pojedynczych obiektów lub małych fragmentów przestrzeni kosmicznej. Inne teleskopy kosmiczne, takie jak Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), są zaprojektowane do wykonywania zdjęć całego nieba. SPHEREx połączy te możliwości, aby zastosować spektroskopię całego nieba. Łącząc obserwacje z wielu urządzeń, które celują w określone części nieba, z dużym obrazem SPHEREx, badacze uzyskają pełniejszy oraz bardziej kolorowy obraz Wszechświata.

Oprac. EG