Quando arriva nello spazio nel 2025, il Telescopio per rilevamento a infrarossi ad ampio campo (WFIRST) sarà l'osservatorio più potente mai schierato, succedendo al venerabile Hubble e Spitzer telescopi spaziali. Basandosi su una combinazione unica di alta risoluzione con un ampio campo visivo, WFIRST sarà in grado di catturare l'equivalente di 100 Hubbleimmagini di qualità con un solo colpo e sorvegliano il cielo notturno con una velocità 1.000 volte superiore.
In preparazione a questo importante evento, gli astronomi del Goddard Space Flight Center della NASA hanno eseguito simulazioni per dimostrare ciò che il WFIRST sarà in grado di vedere in modo che possano pianificare le loro osservazioni. Per dare agli spettatori un'anteprima di come sarebbe, il Goddard Space Flight Center della NASA ha condiviso un video che simula il WFIRST conducendo un sondaggio sulla vicina galassia di Andromeda (M31).
La simulazione, presentata questa settimana al 235 ° incontro dell'American Astronomical Society (ASS) ad Honululu, si basa sui dati ottenuti da Hubble nel corso di centinaia di osservazioni su Andromeda. In questo modo, la simulazione offre agli spettatori un'anteprima della vasta distesa e dei dettagli precisi che WFIRST può fornire con una sola immagine.
La ripresa simulata copre una regione di spazio di 34.000 anni luce e mostra la luce rossa e infrarossa di oltre 50 milioni di singole stelle. Con questo tipo di potenza di imaging, il WFIRST ha potuto rilevare in pochi mesi gran parte del cielo nello spettro del vicino infrarosso come ha fatto Hubble nel corso di tre decenni - e con altrettanti dettagli.
Elisa Quintana, vice scienziata del progetto WFIRST per le comunicazioni presso il Goddard Space Flight Center della NASA, è fiduciosa che la WFIRST porterà a una rivoluzione in astrofisica. Come ha affermato in un recente comunicato stampa della NASA:
“Per rispondere a domande fondamentali come: quanto sono comuni i pianeti come quelli del nostro sistema solare? Come si formano, si evolvono e interagiscono le galassie? Esattamente come - e perché - il tasso di espansione dell'universo è cambiato nel tempo? Abbiamo bisogno di uno strumento in grado di darci una visione ampia e dettagliata del cielo. WFIRST sarà quello strumento. "
Le 18 immagini mostrate nella simulazione rappresentano un accurato ritratto di ciò che il WFIRST vedrà ad ogni puntamento e ripresa dell'immagine. Con i suoi 18 rilevatori, ognuno dei quali misura 4096 x 4096 pixel, il WFIRST coprirà un'area di circa 1? volte quella di una luna piena con ogni puntamento, mentre le singole immagini di Hubble coprono un'area inferiore all'1% dell'area di una luna piena.
Oltre alle sue capacità di imaging, c'è anche la straordinaria velocità di rilevamento che WFIRST offrirà, che è il risultato del suo ampio campo visivo. Potendo monitorare un'area maggiore in un singolo puntamento e passare rapidamente da un campo all'altro, il team della missione non dovrà passare attraverso il laborioso processo di reimpostazione ogni volta che desidera esaminare un nuovo campo.
Un altro fattore è l'orbita che occuperà il WFIRST, il che darà una visione dello spazio generalmente non ostruito dalla Terra. Mentre HubbleLa bassa orbita terrestre (LEO) di circa 560 km (350 mi) significava che spesso era in grado di raccogliere dati solo per metà del suo periodo orbitale, WFIRST sarà in un'orbita ampia di circa 1,6 milioni di km (1 milione di mi) . A questa distanza, sarà in grado di condurre osservazioni in modo quasi continuo.
Ben Williams, un astronomo dell'Università di Washington a Seattle, era responsabile della generazione del set di dati simulato per questa immagine. Come ha spiegato, il WFIRST fornirà una preziosa opportunità per comprendere grandi oggetti vicini come Andromeda, che altrimenti richiederebbero molto tempo per l'immagine perché occupano una porzione così grande del cielo:
“Abbiamo trascorso gli ultimi due decenni a ottenere immagini ad alta risoluzione in piccole parti delle galassie vicine. Con Hubble ottieni questi scorci davvero allettanti di sistemi vicini molto complessi. Con WFIRST, all'improvviso puoi coprire tutto senza perdere molto tempo. ”
Fondamentalmente, la capacità di catturare immagini di un'area così ampia fornirà agli astronomi il contesto di cui hanno bisogno per capire come si formano le stelle e come le galassie cambiano nel tempo. In sostanza, un ampio campo visivo consentirà agli astronomi non solo di studiare singole stelle o galassie, ma anche le strutture in cui vivono e l'ambiente circostante.
Con questo livello di tecnologia e capacità a loro disposizione, i controller di missione non vedono l'ora di raccogliere enormi quantità di dati sul cosmo. Nel corso della sua missione pianificata di 5 anni, WFIRST dovrebbe accumulare più di 20 petabyte di informazioni su migliaia di pianeti, miliardi di stelle e milioni di galassie. Questi dati verranno utilizzati per affrontare le questioni fondamentali del cosmo e le leggi che lo governano.
Questi includono se l'espansione cosmica è dovuta a una forza misteriosa e invisibile (nota anche come Energia Oscura) o a una rottura della Relatività Generale su scala cosmologica; quando apparvero le prime galassie nell'Universo e come si sono evolute da allora; e se i pianeti oltre il nostro Sistema Solare (pianeti extrasolari) abbiano o meno atmosfere sufficienti e le condizioni necessarie sulle loro superfici per sostenere la vita.
Julianne Dalcanton, professore di astronomia all'Università di Washington, ha guidato il programma Panchromatic Hubble Andromeda Treasury (PHAT) su cui si basano i dati simulati. Come ha spiegato, la combinazione delle capacità ultra-teleobiettive e super grandangolari di WFIRST (come dimostrato con la loro simulazione) ha il potenziale per essere rivoluzionaria:
“Il sondaggio PHAT su Andromeda è stato un enorme investimento di tempo, che ha richiesto un'attenta giustificazione e riflessione. Questa nuova simulazione mostra quanto sia facile un'osservazione equivalente per WFIRST. ”
Una volta operativo, WFIRST impiegherà una parte significativa del suo tempo a monitorare centinaia di migliaia di galassie distanti per esplosioni di supernova, che possono essere utilizzate per studiare l'energia oscura e l'espansione dell'Universo. Utilizzerà anche questo tempo per mappare le forme e le distribuzioni delle galassie al fine di comprendere meglio come l'Universo si è evoluto nei quasi 14 miliardi di anni dal Big Bang.
WFIRST monitorerà anche la luminosità di miliardi di stelle nella Via Lattea per essere alla ricerca di possibili eventi di microlensing. Questi si verificano quando i pianeti passano tra la loro stella e l'osservatore, amplificando temporaneamente la luce della stella. Dando la sua alta risoluzione, WFIRST dovrebbe rilevare molti esopianeti piccoli, distanti dalla loro stella e pianeti canaglia - svolgendo così un ruolo vitale nel completare il censimento degli esopianeti.
WFIRST fungerà anche da dimostratore tecnologico portando un coronagraph, uno strumento progettato per bloccare la luce di una stella in modo che i pianeti in orbita attorno a essa possano essere direttamente immaginati e caratterizzati. In un altro primo momento, i dati raccolti da WFIRST saranno ad accesso aperto e immediatamente disponibili al pubblico. Secondo Dalcanton, questo è uno degli aspetti più importanti della missione.
"Migliaia di menti da tutto il mondo saranno in grado di pensare a quei dati e escogitare nuovi modi per usarli", ha detto. "È difficile anticipare ciò che i dati WFIRST sbloccheranno, ma so che più persone li guardiamo, maggiore è il ritmo della scoperta".
Per finire, la missione WFIRST completerà gli osservatori che sono già nello spazio. Questi includono la NASA Hubble e il Telescopio spaziale James Webb (che condurrà anche ampi sondaggi nel vicino infrarosso), così come l'ESA Euclide missione - che misurerà la velocità con cui l'Universo si sta espandendo per determinare il ruolo svolto da Dark Matter e Dark Energy.
Come diceva Karoline Gilbert, una scienziata della missione WFIRST presso lo Space Telescope Science Institute (STSI) a Baltimora, nel Maryland:
“Con cento volte il campo visivo di Hubble e la capacità di sorvegliare rapidamente il cielo, WFIRST sarà uno strumento di scoperta estremamente potente. Webb, che è 100 volte più sensibile e può vedere più a fondo nell'infrarosso, sarà in grado di osservare i rari oggetti astronomici scoperti da WFIRST in dettagli squisiti. Nel frattempo, Hubble continuerà a fornire una visione unica della luce ottica e ultravioletta emessa dagli oggetti che WFIRST scopre, e Webb lo seguirà ”.
Gli anni '20 si stanno preparando per essere un momento molto eccitante per gli astronomi e gli appassionati di esplorazione dello spazio. A parte i telescopi terrestri e spaziali di prossima generazione che entreranno in servizio, numerose missioni sono destinate alla Luna, a Marte e al Sistema solare esterno. Se i misteri dell'Universo e tutto ciò che si trova al suo interno possono essere paragonati a una cipolla, allora molti strati saranno sicuramente rimossi in questo decennio!
L'immagine simulata viene presentata al 235 ° incontro dell'American Astronomical Society a Honolulu, nelle Hawaii.
