NASA begint zijn volgende grote astrofysica-missie te ontwerpen, een ruimtetelescoop die het grootste beeld van het universum ooit zal opleveren met dezelfde diepte en helderheid als de Hubble-ruimtetelescoop.

Gepland voor lancering in het midden van de jaren 2020, de Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) zal fungeren als Hubble's neef met grote ogen. Hoewel net zo gevoelig als Hubble's camera's, Het 300-megapixel Wide Field Instrument van WFIRST zal een luchtgebied 100 keer groter in beeld brengen. Dit betekent dat een enkele WFIRST-afbeelding het equivalente detail van 100 foto's van Hubble zal bevatten.

"Een foto van Hubble is een mooie poster aan de muur, terwijl een EERSTE afbeelding de hele muur van je huis bedekt, " zei David Speergel, co-voorzitter van de WFIRST wetenschapswerkgroep en de Charles A. Young hoogleraar astronomie aan de Princeton University in New Jersey.

Het brede gezichtsveld van de missie zal het mogelijk maken om nooit eerder vertoonde grote afbeeldingen van het universum te genereren, die astronomen zal helpen enkele van de grootste mysteries van de kosmos te onderzoeken, inclusief waarom de uitdijing van het heelal lijkt te versnellen. Een mogelijke verklaring voor deze versnelling is donkere energie, een onverklaarbare druk die momenteel 68 procent van de totale inhoud van de kosmos uitmaakt en die mogelijk in de loop van de geschiedenis van het universum is veranderd. Een andere mogelijkheid is dat deze schijnbare kosmische versnelling wijst op de ineenstorting van Einsteins algemene relativiteitstheorie over grote delen van het universum. WFIRST heeft de macht om beide ideeën te testen.

Voor meer informatie over donkere energie, WFIRST zal zijn krachtige 2,4-meter spiegel en Wide Field Instrument gebruiken om twee dingen te doen:in kaart brengen hoe materie is gestructureerd en verdeeld door de kosmos en meten hoe het universum zich in de loop van de tijd heeft uitgebreid. In het proces, de missie zal sterrenstelsels in de kosmische tijd bestuderen, van het heden terug naar toen het universum slechts een half miljard jaar oud was, of ongeveer 4 procent van zijn huidige leeftijd.

"Om te begrijpen hoe het universum evolueerde van een hete, uniform gas in sterren, planeten, en mensen, we moeten het begin van dat proces bestuderen door naar de begindagen van het universum te kijken, " zei WFIRST-projectwetenschapper Jeffrey Kruk van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "We hebben veel geleerd van andere grootschalige onderzoeken, maar WFIRST's zullen het meest gevoelig zijn en ons het verste terug in de tijd geven."

WFIRST zal dit doen door middel van meerdere observatiestrategieën, inclusief onderzoeken van exploderende sterren genaamd supernovae en clusters van sterrenstelsels, en het in kaart brengen van de verdeling van sterrenstelsels in drie dimensies. Het meten van de helderheid en afstanden van supernova's leverde het eerste bewijs voor de aanwezigheid van donkere energie. WFIRST zal deze studies uitbreiden naar grotere afstanden om te meten hoe de invloed van donkere energie in de loop van de tijd toenam.

WFIRST zal precieze afstanden tot clusters van sterrenstelsels meten om in kaart te brengen hoe ze in de loop van de tijd zijn gegroeid. De missie zal ook de afstanden tot miljoenen sterrenstelsels bepalen door te meten hoe hun licht roder wordt op grotere afstanden, een fenomeen dat roodverschuiving wordt genoemd. Hoe verder van een sterrenstelsel is, hoe roder het licht wordt als we het zien. Door de 3D-posities van sterrenstelsels in kaart te brengen, kunnen astronomen meten hoe de verdeling van sterrenstelsels in de loop van de tijd is veranderd, een andere maatstaf voor hoe donkere energie de kosmos heeft beïnvloed.

Met het Wide Field Instrument kan WFIRST ook de materie in honderden miljoenen verre sterrenstelsels meten door middel van een fenomeen dat wordt gedicteerd door de relativiteitstheorie van Einstein. Massieve objecten zoals sterrenstelsels krommen de ruimte-tijd op een manier die het licht dat langs hen passeert, buigt, het creëren van een vervormd, vergrote weergave van verre sterrenstelsels erachter. Met behulp van dit vergrootglaseffect, zwakke zwaartekrachtlens genoemd, WFIRST zal een breed beeld schetsen van hoe materie in het universum is gestructureerd, waardoor wetenschappers de regerende fysica van de assemblage tot de ultieme test kunnen stellen.

WFIRST kan ditzelfde lichtbuigende fenomeen gebruiken om planeten buiten ons zonnestelsel te bestuderen, bekend als exoplaneten. In een proces dat microlensing wordt genoemd, een voorgrondster in onze melkweg fungeert als de lens. Wanneer zijn beweging willekeurig uitgelijnd is met een verre achtergrondster, de lens vergroot, verheldert en vervormt de achtergrondster. Terwijl de lensende ster voortdrijft in zijn baan rond de melkweg en de uitlijning verschuift, dat geldt ook voor de schijnbare helderheid van de ster. Het precieze patroon van deze veranderingen kan planeten onthullen die rond de lensende ster draaien, omdat de planeten zelf dienen als miniatuur zwaartekrachtlenzen. Dergelijke uitlijningen moeten nauwkeurig zijn en slechts enkele uren duren.

Het microlensonderzoek van WFIRST zal 100 miljoen sterren gedurende honderden dagen volgen en zal naar verwachting ongeveer 2, 500 planeten, met aanzienlijke aantallen rotsplaneten in en buiten het gebied waar vloeibaar water kan bestaan. Deze planeetdetectiemethode is gevoelig genoeg om planeten te vinden die kleiner zijn dan Mars, en zal planeten onthullen die rond hun gaststerren draaien op afstanden die variëren van dichterbij dan Venus tot voorbij Pluto.

Deze resultaten zullen WFIRST een ideale metgezel maken voor missies zoals NASA's Kepler en de aanstaande Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), die het meest geschikt zijn om grotere planeten te vinden die dichter bij hun gastheersterren draaien. Samen, ontdekkingen van deze drie missies zullen helpen bij het voltooien van de telling van planeten buiten ons zonnestelsel, ons helpen te leren hoe planeten zich vormen en migreren naar systemen zoals de onze. De gecombineerde gegevens van deze missies geven inzicht in planeten in het kritieke gebied dat bekend staat als de bewoonbare zone, de baanafstand van een gastster waardoor het oppervlak van een planeet vloeibaar water zou kunnen herbergen - en mogelijk leven.

WFIRST zal ook beschikken over een demonstratie-instrument voor coronagraaftechnologie dat is ontworpen om exoplaneten rechtstreeks in beeld te brengen door het licht van een ster te blokkeren, waardoor de veel zwakkere planeten kunnen worden waargenomen. Als NASA's eerste geavanceerde coronagraaf in de ruimte, het wordt 1, 000 keer capabeler dan alle eerder gevlogen. Dit is een belangrijke stap in de richting van toekomstige directe beeldvormingsmissies die echt aardachtige planeten in de buurt zullen bestuderen. Het instrument zal in staat zijn om gasvormige reuzenplaneten in een baan om rijpe zonachtige sterren af ​​te beelden. waardoor wetenschappers ze kunnen bestuderen op manieren die voorheen niet mogelijk waren. Wetenschappers hopen de coronagraaf te gebruiken om belangrijke eigenschappen over deze planeten te bepalen, zoals hun atmosferische samenstelling.

WFIRST zal dienen als een belangrijk hulpmiddel voor de wetenschappelijke gemeenschap via zijn programma's voor algemene waarnemer en archiefgegevens. Alle WFIRST-gegevens zijn direct na verwerking en levering aan het archief openbaar beschikbaar. Ook, door voorstellen in te dienen via het competitieve programma, wetenschappers over de hele wereld zullen het observatorium kunnen gebruiken om de kosmos op hun eigen manier te bestuderen, van de dichtstbijzijnde exoplaneten tot clusters van verre sterrenstelsels.

De missie zal een aanvulling vormen op andere missies die naar verwachting in het komende decennium zullen worden uitgevoerd, met name de James Webb-ruimtetelescoop, gepland voor lancering in 2019. Webb biedt een gedetailleerd overzicht van zeldzame en interessante objecten, terwijl WFIRST een brede blik op het universum werpt. WFIRST zal ook een aanvulling zijn op nieuwe observatoria op de grond, zoals de Large Synoptic Survey Telescope (LSST) die momenteel in ontwikkeling is. Door gegevens van WFIRST en LSST te combineren, wetenschappers zullen het universum in negen verschillende golflengten kunnen bekijken, gegevens die de meest gedetailleerde groothoekweergave van het universum tot nu toe zullen bieden.

Door te pionieren met een reeks innovatieve technologieën, WFIRST zal dienen als een multifunctionele missie, het verstrekken van een groot beeld van het universum en ons helpen bij het beantwoorden van enkele van de meest diepgaande vragen in de astrofysica, zoals hoe het universum evolueerde tot wat we vandaag zien, zijn uiteindelijke lot en of we alleen zijn.

"Door deze telescoop te bouwen, bieden we een schat aan wetenschap en de mogelijkheid om dat soort vragen te beantwoorden, "Zei Spergel. "Het is zeer interessant, niet alleen voor wetenschappers, maar iedereen die naar de lucht kijkt en zich afvraagt."