NASA's aankomende ruimtetelescoop, de spectro-fotometer voor de geschiedenis van het heelal, Tijdperk van reïonisatie en Ices Explorer, of SPHEREx, is een stap dichter bij de lancering. De missie is officieel fase C ingegaan, in NASA-jargon. Dat betekent dat het bureau voorlopige ontwerpplannen heeft goedgekeurd voor het observatorium, en het werk kan beginnen aan het maken van een finale, gedetailleerd ontwerp, evenals op het bouwen van de hardware en software.

Beheerd door NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië, De lancering van SPHEREx is gepland voor niet eerder dan juni 2024 en niet later dan april 2025. De instrumenten zullen nabij-infrarood licht detecteren, of golflengten die meerdere keren langer zijn dan het licht dat zichtbaar is voor het menselijk oog. Tijdens zijn tweejarige missie, het zal de hele hemel vier keer in kaart brengen, het creëren van een enorme database van sterren, sterrenstelsels, nevels (wolken van gas en stof in de ruimte), en vele andere hemellichamen.

Ongeveer de grootte van een subcompacte auto, de ruimtetelescoop zal een techniek gebruiken die spectroscopie wordt genoemd om nabij-infrarood licht te breken in zijn individuele golflengten, of kleuren, net zoals een prisma zonlicht breekt in zijn samenstellende kleuren. Spectroscopiegegevens kunnen onthullen waaruit een object is gemaakt, omdat individuele chemische elementen specifieke golflengten van licht absorberen en uitstralen. Het kan ook worden gebruikt om de afstand van een object tot de aarde te schatten, wat betekent dat de SPHEREx-kaart driedimensionaal zal zijn. SPHEREx zal de eerste NASA-missie zijn die een full-sky spectroscopiekaart bouwt in nabij-infrarood, en het zal in totaal 102 nabij-infraroodkleuren waarnemen.

"Dat is alsof je van zwart-witafbeeldingen naar kleur gaat; het is alsof je van Kansas naar Oz gaat, " zei Allen Farrington, de SPHEREx-projectmanager bij JPL.

Voordat u fase C ingaat, het SPHEREx-team heeft in oktober 2020 met succes een voorlopige ontwerpbeoordeling afgerond. Tijdens dit meerdaagse proces, het team moest aan het NASA-leiderschap aantonen dat ze hun complexe, cutting-edge missie ontwerp een realiteit. Gebruikelijk, de beoordeling wordt persoonlijk gedaan, maar met de veiligheidsmaatregelen van COVID-19, het team moest hun presentatie aanpassen aan een nieuw formaat.

"Het voelde alsof we een film produceerden, " zei Beth Fabinsky, De plaatsvervangend projectmanager van SPHEREx bij JPL. "Er is gewoon veel nagedacht over de productiewaarde, zoals ervoor zorgen dat de animaties die we wilden laten zien, zouden werken over een beperkte bandbreedte."

Drie belangrijke vragen

Het wetenschapsteam van SPHEREx heeft drie overkoepelende doelen. De eerste is om te zoeken naar bewijs van iets dat minder dan een miljardste van een miljardste van een seconde na de oerknal zou kunnen zijn gebeurd. In die fractie van een seconde, de ruimte zelf kan snel zijn uitgebreid in een proces dat wetenschappers inflatie noemen. Zo'n plotselinge ballonvaart zou de verdeling van materie in de kosmos hebben beïnvloed, en het bewijs van die invloed zou vandaag de dag nog steeds aanwezig zijn. Met SPHEREx, wetenschappers zullen de positie van miljarden sterrenstelsels in het heelal ten opzichte van elkaar in kaart brengen, op zoek naar statistische patronen veroorzaakt door inflatie. De patronen zouden wetenschappers kunnen helpen de fysica te begrijpen die de uitbreiding aandreef.

Het tweede doel is om de geschiedenis van de vorming van sterrenstelsels te bestuderen, te beginnen met de eerste sterren die ontbranden na de oerknal en zich uitstrekkend tot de huidige sterrenstelsels. SPHEREx zal dit doen door de vage gloed te bestuderen die door alle sterrenstelsels in het universum wordt gecreëerd. De gloed, wat de reden is dat de nachtelijke hemel niet perfect donker is, varieert door de ruimte omdat sterrenstelsels samenklonteren. Door kaarten in vele kleuren te maken, SPHEREx-wetenschappers kunnen uitzoeken hoe het licht in de loop van de tijd werd geproduceerd en beginnen te ontdekken hoe de eerste sterrenstelsels aanvankelijk sterren vormden.

Eindelijk, wetenschappers zullen de SPHEREx-kaart gebruiken om te zoeken naar waterijs en bevroren organische moleculen - de bouwstenen van het leven op aarde - rond nieuw gevormde sterren in onze melkweg. Waterijs gloms op stofkorrels in de kou, dichte gaswolken door de melkweg. Jonge sterren vormen zich in deze wolken, en planeten worden gevormd uit schijven van overgebleven materiaal rond die sterren. IJsvorming in deze schijven zou planeten kunnen zaaien met water en andere organische moleculen. In feite, het water in de oceanen van de aarde begon hoogstwaarschijnlijk als interstellair ijs. Wetenschappers willen weten hoe vaak levensondersteunende materialen zoals water worden opgenomen in jonge planetaire systemen. Dit zal hen helpen begrijpen hoe algemeen planetaire systemen zoals de onze in de kosmos voorkomen.

Meerdere missiepartners beginnen met de bouw van verschillende hardware- en softwarecomponenten voor SPHEREx. De telescoop die nabij-infrarood licht zal verzamelen, zal worden gebouwd door Ball Aerospace in Boulder, Colorado. De infraroodcamera's die het licht opvangen, worden gebouwd door JPL en Caltech (die JPL beheert voor NASA). JPL zal ook de zonneschermen bouwen die de telescoop en camera's koel houden, terwijl Ball de ruimtevaartuigbus zal bouwen, waarin subsystemen zoals de stroomvoorziening en communicatieapparatuur zijn ondergebracht. De software die de missiegegevens zal beheren en toegankelijk zal maken voor wetenschappers over de hele wereld, wordt gebouwd bij IPAC, een wetenschaps- en datacentrum voor astrofysica en planetaire wetenschap bij Caltech. Kritische grondondersteuningshardware voor het testen van de instrumenten zal worden gebouwd door het Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI), een wetenschappelijke partner op de missie in Daejeon, Zuid-Korea.

Het SPHEREx-team zal naar verwachting 29 maanden besteden aan het bouwen van de missiecomponenten voordat het de volgende missiefase ingaat, wanneer die componenten worden samengebracht, getest, en gelanceerd.

SPHEREx wordt beheerd door JPL voor NASA's Astrophysics Division binnen het Science Mission Directorate in Washington. De hoofdonderzoeker van de missie, James Bok, heeft een gezamenlijke positie tussen Caltech en JPL. De wetenschappelijke analyse van de SPHEREx-gegevens zal worden uitgevoerd door een team van wetenschappers in 10 instellingen in de VS, en in Zuid-Korea.