Wszechświat, jaki znamy, zyskuje nową, bezprecedensową mapę. Po udanym starcie i umieszczeniu na niskiej orbicie okołoziemskiej, najnowszy astrofizyczny teleskop kosmiczny agencji NASA, znany jako SPHEREx, rozpoczął swoją rewolucyjną misję mapowania całego nieba. To, co czyni tę misję szczególnie znaczącą, to fakt, że dane są niemal natychmiast udostępniane światu. Co tydzień nowy zestaw danych z przeglądu kosmicznego trafia do publicznego archiwum, otwierając wrota kosmosu naukowcom, ale i entuzjastom na całej planecie. Ta praktyka przejrzystości umożliwia zbiorowe badanie największych tajemnic wszechświata, od jego samych początków po poszukiwanie warunków wstępnych do życia.

Pełna nazwa misji, Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer (Spektrofotometr do badania historii wszechświata, epoki rejonizacji i lodu), precyzyjnie opisuje jej ambitne cele. Podczas swojej dwuletniej misji podstawowej, SPHEREx będzie dwa razy w roku przelatywać i rejestrować całe niebo, tworząc w ten sposób cztery kompleksowe mapy sfery niebieskiej. Dane te pozwolą zespołowi naukowemu, a także globalnej społeczności, badać wszystko, od praw fizycznych, które rządziły ekspansją wszechświata tuż po Wielkim Wybuchu, po dystrybucję zamarzniętej wody i cząsteczek organicznych w naszej galaktyce, Drodze Mlecznej.

Rewolucja w 102 kolorach podczerwieni

Chociaż poprzednie misje, takie jak słynny teleskop WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) agencji NASA, również mapowały całe niebo, SPHEREx przynosi technologiczny skok, który zmienia zasady gry. Podczas gdy WISE obserwował wszechświat w czterech pasmach podczerwieni, SPHEREx robi to w aż 102 różnych długościach fal podczerwonych. Ta pozornie techniczna różnica jest podstawą siły nowej misji. Oglądanie tego samego obiektu niebieskiego w 102 "kolorach" pozwala naukowcom na zastosowanie potężnej techniki znanej jako spektroskopia.

Spektroskopia działa jak kosmiczny odcisk palca. Każdy pierwiastek chemiczny i cząsteczka pochłania i emituje światło na unikalnych, specyficznych długościach fal. Analizując spektrum światła pochodzącego z odległej gwiazdy, mgławicy czy galaktyki, naukowcy mogą precyzyjnie określić jej skład chemiczny. Dzięki 102 długościom fal, SPHEREx może identyfikować sygnatury określonych cząsteczek z niewiarygodną precyzją. Z technicznego punktu widzenia, teleskop ma zwierciadło o średnicy 20 centymetrów i wykorzystuje zaawansowane detektory schłodzone do temperatury poniżej 80 Kelwinów (-193 °C), aby zredukować własny szum termiczny i umożliwić wykrywanie niezwykle słabych sygnałów z głębokiego kosmosu.

Echa Wielkiego Wybuchu i kosmiczny świt

Jednym z trzech głównych celów naukowych misji SPHEREx jest zajrzenie w najwcześniejsze momenty istnienia wszechświata. W szczególności misja ma na celu badanie kosmicznej inflacji – teoretycznej, niezwykle szybkiej ekspansji wszechświata, która miała miejsce w pierwszej bilionowej części bilionowej sekundy po Wielkim Wybuchu. Chociaż nie może bezpośrednio obserwować tego momentu, SPHEREx będzie szukać jego konsekwencji w dzisiejszej strukturze wszechświata.

Misja stworzy największą dotychczas trójwymiarową mapę wszechświata, precyzyjnie rejestrując pozycje setek milionów galaktyk. Teoria inflacji przewiduje subtelne, ale rozpoznawalne wzorce statystyczne w sposobie, w jaki te galaktyki są rozmieszczone na ogromnych skalach. Analizując te wzorce, czyli sposób, w jaki galaktyki grupują się, naukowcy mogą testować różne modele inflacji i uzyskać wgląd w fundamentalne procesy fizyczne, które ukształtowały nasz wszechświat. Druga część nazwy misji, "Epoka rejonizacji", odnosi się do okresu kilkuset milionów lat po Wielkim Wybuchu, kiedy pierwsze gwiazdy i galaktyki zaczęły emitować wystarczająco dużo energii, aby zjonizować neutralny wodór, który wypełniał wszechświat, czyniąc go przezroczystym dla światła. Mierząc całkowitą jasność wszystkich galaktyk w historii kosmicznej, SPHEREx pomoże również rzucić światło na tę kluczową fazę ewolucji.

Poszukiwanie składników życia w Drodze Mlecznej

Drugim kluczowym filarem badań misji SPHEREx jest poszukiwanie podstawowych składników niezbędnych do życia, jakie znamy. Skupiono się na mapowaniu dystrybucji lodu wodnego i cząsteczek organicznych w naszej galaktyce. Cząsteczki te, takie jak dwutlenek węgla, metanol i tlenek węgla, są zamrożone na powierzchni maleńkich ziaren pyłu w gęstych i zimnych obłokach molekularnych. To właśnie te obłoki są "żłobkami" gwiazd i planet.

Kiedy w takim obłoku formuje się nowa gwiazda, wokół niej tworzy się dysk gazu i pyłu – tak zwany dysk protoplanetarny – z którego powstają planety. Uważa się, że lód i cząsteczki organiczne z obłoku są kluczowymi składnikami tych dysków. Później, podczas formowania się układu planetarnego, komety i asteroidy, które są w rzeczywistości pozostałościami tego procesu, mogą dostarczyć te cząsteczki na powierzchnię młodych planet, potencjalnie przynosząc wodę i "cegiełki życia". SPHEREx stworzy pierwszą kompleksową "mapę lodu" Drogi Mlecznej, pokazując, gdzie te życiodajne zasoby są najliczniejsze i pomagając naukowcom zrozumieć procesy chemiczne poprzedzające powstawanie planet.

Otwarta nauka: Dane dostępne dla całego świata

Zaangażowanie NASA w otwartą naukę i przejrzystą wymianę danych jest w pełni realizowane przez SPHEREx. Wszystkie dane zebrane przez teleskop stają się publicznie dostępne za pośrednictwem Archiwum Naukowego Podczerwieni NASA/IPAC (IRSA) w ciągu zaledwie 60 dni. Ten krótki okres opóźnienia jest niezbędny, aby zespół misji mógł przetworzyć surowe dane – usunąć artefakty instrumentalne, skorygować efekty detektorów i precyzyjnie dopasować obrazy do współrzędnych astronomicznych. Wraz z samymi danymi publikowane są również szczegółowe opisy procedur przetwarzania, co pozwala innym badaczom na pełną kontrolę i zrozumienie materiału.

Takie podejście sprzyja współpracy naukowej na skalę globalną. "Udostępniając dane, umożliwiamy całej społeczności astronomicznej wykorzystanie SPHEREx do pracy we wszystkich innych dziedzinach nauki" – powiedziała Rachel Akeson, kierownik Centrum Danych Naukowych SPHEREx. Zespół misji sam nie byłby w stanie zbadać wszystkiego, co oferują dane; w ten sposób tysiące naukowców mogą wykorzystać tę skarbnicę informacji do własnych, często nieoczekiwanych, projektów i odkryć.

Synergia z innymi kosmicznymi gigantami

Wartość misji SPHEREx dodatkowo wzrasta, gdy jej dane są wykorzystywane w połączeniu z innymi potężnymi obserwatoriami. Jej rola jest często opisywana jako "wyszukiwacz celów". Ponieważ mapuje całe niebo, SPHEREx jest idealny do identyfikacji najciekawszych astronomicznie obiektów lub zjawisk.

Gdy SPHEREx zauważy coś obiecującego, teleskopy o znacznie węższym polu widzenia, ale większej rozdzielczości, takie jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), mogą zostać skierowane na ten cel w celu szczegółowych badań. Dane z misji pomogą również w precyzyjniejszym określeniu parametrów egzoplanet odkrywanych przez satelitę TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Co więcej, w połączeniu z misją Europejskiej Agencji Kosmicznej Euclid i nadchodzącym teleskopem NASA Nancy Grace Roman, kompleksowe mapy SPHEREx zapewnią kluczowy kontekst do badania ciemnej materii i ciemnej energii, tajemniczych sił dominujących we wszechświecie. Zarządzanie misją powierzono Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA (JPL), a statek kosmiczny i teleskop zostały zbudowane przez firmę BAE Systems, przy udziale międzynarodowego zespołu naukowego z USA, Korei Południowej i Tajwanu. Aby uzyskać więcej informacji o misji, odwiedź oficjalną stronę https://nasa.gov/SPHEREx.

Oryginalny artykuł został opublikowany na portalu NASA Jet Propulsion Laboratory.
Źródło: How NASA’s SPHEREx Mission Will Share Its All-Sky Map With the World
Autor: Lauren Leese | NASA/JPL-Caltech