NASA heeft onlangs zes voorgestelde astrofysica-missies gekozen voor conceptstudies. Onder hen is de spectro-fotometer voor de geschiedenis van het heelal, Tijdperk van reïonisatie, en Ices Explorer, of SPHEREx, die tot doel heeft de mysteries van het universum te ontrafelen door het eerste spectrale onderzoek van de hele hemel uit te voeren.

Indien geselecteerd voor constructie en lancering, het onderzoek van het SPHEREx-ruimtevaartuig zou cruciale inzichten kunnen bieden in de oorsprong en evolutie van sterrenstelsels, en zou wetenschappers kunnen helpen onderzoeken of planeten rond andere sterren mogelijk leven herbergen.

"SPHEREx zal het eerste infrarood spectrale onderzoek van de hele lucht produceren. Dit onderzoek zal brede toepassingen hebben in de astronomie, met rijke spectra van sterrenstelsels, quasars, sterren, clusters en onze melkweg. Na het brede gebruik van eerdere all-sky-onderzoeken zoals de Infrared Astronomical Satellite (IRAS) en de Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), SPHEREx zal een blijvende waarde hebben voor de sterrenkundegemeenschap, "James Bok, Hoofdonderzoeker van SPHEREx aan het California Institute of Technology (Caltech), vertelde Astrowatch.net.

SPHEREx zal gebaseerd zijn op een kleine satellietbus uitgerust met star trackers, S en Ka-Band antennes en zonnepanelen. Het ruimtevaartuig zal een wetenschappelijke lading tot 69 kilogram dragen, inclusief een telescoop voor zijn observatiedoeleinden. Het zal ook fotonenschilden hebben die zijn ontworpen om de lading te beschermen tegen straling van de zon en de aarde.

De missiemanagers benadrukken dat het ruimtevaartuig een eenvoudig en robuust ontwerp zal hebben dat de spectrale doorvoer en efficiëntie maximaliseert. Het heeft geen bewegende delen, behalve een zonnekap en diafragma-afdekking die slechts één keer worden ingezet.

Het optische laadvermogen van de SPHEREx-missie is 20 centimeter, volledig aluminium telescoop met een breed gezichtsveld van 3,5° x 7°, afgebeeld op vier 2k x 2k HgCdTe-detectorarrays. Met dit beeldvormingssysteem kan SPHEREx spectra verkrijgen door meervoudige belichtingen, het plaatsen van een bepaalde bron op meerdere posities in het gezichtsveld, waar het zal worden gemeten op meerdere golflengten door het ruimtevaartuig opnieuw te richten.

"Met meerdere golflengten, SPHEREx kan de lichtproductie van alle melkwegpopulaties beoordelen, inclusief de eerste generatie sterrenstelsels gevormd uit oermateriaal, ' zei Bok.

Hij zei dat SPHEREx is ontworpen om drie wetenschappelijke kernthema's aan te pakken. Ten eerste, het zal zoeken naar een signatuur van inflatie genaamd "niet-Gaussianiteit, " een handtekening van multi-veld modellen van inflatie.

"SPHEREx onderzoekt de inflatie door een groot volumeonderzoek te doen naar sterrenstelsels die gespecialiseerd zijn in lagere roodverschuivingen dan Euclid, ’ merkte Bock op.

Ten tweede, de missie zal water en biogene ijs in het interstellaire medium onderzoeken. Aangezien het grootste deel van het water in de dichte moleculaire wolken die de stervorming veroorzaken, de vorm heeft van ijs op interstellaire stofkorrels, wetenschappers zijn vooral geïnteresseerd in hoe het komt tot het vormen van protoplanetaire systemen.

"SPHEREx zal de hoeveelheden water en ander biogeen ijs meten tijdens de vroege fasen van stervorming, van dichte moleculaire wolken tot jonge sterren met protoplanetaire schijven, ' zei Bok.

Eindelijk, SPHEREx zal de geschiedenis van de vorming van sterrenstelsels bestuderen door grootschalige clusterfluctuaties in twee diepe onderzoeksvelden op de eclipticapolen in kaart te brengen. Volgens Bock, het clusteringsignaal is het resultaat van sterrenstelsels die donkere materie volgen, en schaalt met de totale lichtproductie.

SPHEREx zal naar verwachting 25 maanden in de ruimte opereren. Tijdens zijn nominale levensduur, het zou de hele hemel vier keer in kaart moeten brengen. De gegevens die door het ruimtevaartuig worden verstrekt, kunnen vervolgens door de wetenschappelijke gemeenschap over de hele wereld worden gebruikt voor veel onderzoeken en studies, nieuwe resultaten en ontdekkingen opleveren.

"We kunnen ook uitkijken naar veel ontdekkingen door de astronomiegemeenschap met behulp van het archief van de spectrale enquête van de hele hemel, dat we nu niet kunnen anticiperen, ' zei Bok.

Hij hoopt dat SPHEREx enkele belangrijke aanwijzingen kan geven over de oorsprong van het universum, het verbeteren van onze kennis over zijn geboorte en evolutie. Bijvoorbeeld, er overtuigend bewijs is dat de geboorte van het universum nauw verbonden is met inflatie, een gewelddadige exponentiële expansie. Hoewel het basisidee van inflatie meerdere waarnemingstests heeft doorstaan, de fysica die inflatie aanjaagt is mysterieus, en waarschijnlijk geworteld in exotische fysica op hoge energieschalen buiten het bereik van het standaardmodel in deeltjesfysica.

"Toch biedt de natuur manieren om inflatoire fysica te beperken. Niet-Gaussianiteit is kenmerkend voor een klasse van inflatoire modellen met meerdere velden in plaats van één enkel veld. SPHEREx zal de fouten op niet-Gaussianiteit met meer dan een factor 10 verbeteren om deze twee te onderscheiden scenario's, ’ concludeerde Bock.

De SPHEREx-missie bevindt zich momenteel in de beginfase van studies die bekend staat als "Fase A, " van negen maanden. Na deze fase van conceptstudies en gedetailleerde evaluaties, NASA zal in 2019 beslissen of de missie moet worden ontwikkeld en in de ruimte moet worden gelanceerd. De vroegste lanceringsdatum is momenteel vastgesteld voor 2022.