Stel je een vloot van 100 Hubble-ruimtetelescopen voor, ingezet in een strategische ruimte-indringer-vormige array op een miljoen mijl van de aarde, het heelal met warpsnelheid aftasten.

Met NASA's Wide Field Infrared Survey Telescope, gepland voor lancering in het midden van de jaren 2020, deze visie wordt (effectief) werkelijkheid.

WFIRST legt het equivalent van 100 Hubble-beelden met hoge resolutie vast in één enkele opname, grote delen van de lucht in beeld brengen 1, 000 keer sneller dan Hubble. Over een aantal maanden, WFIRST zou in bijna-infraroodlicht net zo veel van de hemel kunnen onderzoeken - in net zo veel detail - als Hubble gedurende de hele drie decennia heeft gedaan.

Elisa Quintana, WFIRST plaatsvervangend projectwetenschapper voor communicatie bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, is ervan overtuigd dat WFIRST de macht zal hebben om de astrofysica te transformeren. "Om fundamentele vragen te beantwoorden zoals:hoe vaak komen planeten voor zoals die in ons zonnestelsel? Hoe ontstaan ​​sterrenstelsels, ontwikkelen, en interactie? Hoe - en waarom - is de expansiesnelheid van het universum in de loop van de tijd precies veranderd? We hebben een hulpmiddel nodig dat ons zowel een breed als een gedetailleerd beeld van de lucht kan geven. WFIRST zal dat hulpmiddel zijn."

Hoewel WFIRST haar deuren nog niet wijd heeft geopend, scherpe blik op het universum, astronomen zijn al bezig met simulaties om te demonstreren wat ze kunnen zien en om hun waarnemingen te plannen.

Dit gesimuleerde beeld van een deel van ons naburige melkwegstelsel, Andromeda (M31), biedt een voorbeeld van de enorme uitgestrektheid en fijne details die kunnen worden bedekt met slechts een enkele aanwijsactie van WFIRST. Met behulp van informatie verkregen uit honderden Hubble-waarnemingen, het gesimuleerde beeld beslaat een baan van ongeveer 34, 000 lichtjaar in doorsnede, met het rode en infrarode licht van meer dan 50 miljoen afzonderlijke sterren die met WFIRST kunnen worden gedetecteerd.

Hoewel het misschien een wat lukrake opstelling van 18 afzonderlijke afbeeldingen lijkt, de simulatie vertegenwoordigt eigenlijk een enkel schot. Achttien vierkante detectoren, 4096 bij 4096 pixels elk, vormen WFIRST's Wide Field Instrument (WFI) en geven de telescoop zijn unieke venster op de ruimte.

Met elk wijzend, WFIRST zal een gebied beslaan dat ongeveer 1⅓ keer dat van de volle maan is. Ter vergelijking, elk individueel infrarood Hubble-beeld beslaat een gebied van minder dan 1% van de volle maan.

De voordelen van snelheid

WFIRST is ontworpen om de big data te verzamelen die nodig is om essentiële vragen over een breed scala aan onderwerpen aan te pakken, inclusief donkere energie, exoplaneten, en algemene astrofysica die zich uitstrekt van ons zonnestelsel tot de meest verre sterrenstelsels in het waarneembare heelal. Gedurende de geplande levensduur van 5 jaar, WFIRST zal naar verwachting meer dan 20 petabyte aan informatie verzamelen over duizenden planeten, miljarden sterren, miljoenen sterrenstelsels, en de fundamentele krachten die de kosmos besturen.

Voor astronomen als Ben Williams van de Universiteit van Washington in Seattle, die de gesimuleerde dataset voor deze afbeelding heeft gegenereerd, WFIRST biedt een waardevolle kans om grote nabije objecten zoals Andromeda, die anders extreem tijdrovend zijn om te fotograferen omdat ze zo'n groot deel van de lucht in beslag nemen.

"We hebben de afgelopen decennia foto's gemaakt met een hoge resolutie in kleine delen van nabije sterrenstelsels. Met Hubble krijg je deze echt verleidelijke glimpen van zeer complexe nabije systemen. Met WFIRST, ineens kun je alles dekken zonder veel tijd te besteden, ' zei Willems.

Het vermogen om zo'n groot gebied in beeld te brengen, zal astronomen belangrijke context bieden die nodig is om te begrijpen hoe sterren zich vormen en hoe sterrenstelsels in de loop van de tijd veranderen. Williams legde uit dat met een breed veld, "je krijgt de individuele sterren, je krijgt de structuren waarin ze leven, en de structuren die hen omringen in hun omgeving."

Julianne Dalcanton van de Universiteit van Washington, die het Panchromatic Hubble Andromeda Treasury (PHAT)-programma leidde waarop de gesimuleerde gegevens zijn gebaseerd, is ook van mening dat de combinatie van ultratelefoto en supergroothoek door WFIRST baanbrekend zal zijn. "Het PHAT-onderzoek van Andromeda was een enorme tijdsinvestering, zorgvuldige rechtvaardiging en voorbedachte rade vereisen. Deze nieuwe simulatie laat zien hoe gemakkelijk een gelijkwaardige waarneming zou kunnen zijn voor WFIRST." WFIRST kon Andromeda bijna 1 onderzoeken. 500 keer sneller dan Hubble, het bouwen van een panorama van de belangrijkste schijf van de melkweg in slechts een paar uur.

De buitengewone onderzoekssnelheid van WFIRST is het resultaat van het brede gezichtsveld, zijn behendigheid, en zijn baan. Williams legde uit dat door meer gebied in één veld te bestrijken en sneller van veld te kunnen wisselen, "je vermijdt al die overheadkosten die gepaard gaan met het zo vaak opnieuw richten van de telescoop." In aanvulling, De baan van WFIRST op een miljoen mijl afstand zal een zicht bieden dat over het algemeen niet wordt belemmerd door de aarde. Terwijl Hubble vaak slechts de helft van zijn lage baan om de aarde 350 mijl omhoog kan verzamelen, WFIRST zal min of meer continu kunnen observeren.

Grote enquêteprogramma's

Omdat het zo snel zoveel gedetailleerde gegevens kan verzamelen, WFIRST is bij uitstek geschikt voor grote onderzoeken. Een aanzienlijk deel van de missie zal worden gewijd aan het bewaken van honderdduizenden verre sterrenstelsels op supernova-explosies, die kan worden gebruikt om donkere energie en de uitdijing van het heelal te bestuderen. Een ander belangrijk programma omvat het in kaart brengen van de vormen en distributie van sterrenstelsels om beter te begrijpen hoe het universum - inclusief sterrenstelsels, donkere materie, en donkere energie—is de afgelopen 13+ miljard jaar geëvolueerd.

WFIRST zal ook een belangrijke rol spelen bij de telling van exoplaneten. Door de helderheid van miljarden sterren in de Melkweg te volgen, astronomen verwachten duizenden microlensing-gebeurtenissen te vangen - lichte toenames in helderheid die optreden wanneer een planeet tussen de telescoop en een verre ster passeert. WFIRST's vermogen om planeten te detecteren die relatief klein zijn of ver van hun eigen sterren verwijderd zijn - evenals schurkenplaneten, die helemaal niet om een ​​ster draaien - zullen helpen om grote hiaten in onze kennis van planeten buiten ons zonnestelsel op te vullen. Hoewel microlensing ons niet de mogelijkheid geeft om exoplaneten direct te zien, WFIRST zal ook een coronagraaf dragen, een technologiedemonstratie-instrument dat is ontworpen om voldoende van het verblindende sterlicht te blokkeren om directe beeldvorming en karakterisering van planeten in een baan om de aarde mogelijk te maken.

Deze grote onderzoeken zullen naar verwachting ook het onverwachte onthullen:vreemde, voorbijgaande verschijnselen die nog nooit eerder zijn waargenomen. "Als je een groot deel van de lucht bedekt, je gaat die zeldzame dingen vinden, ’ legde Willems uit.

Open-toegangsgegevens

Verdere verbreding van de potentiële impact, alle gegevens die door WFIRST worden verzameld, zijn niet-eigendom en onmiddellijk beschikbaar voor het publiek. Dalcanton onderstreepte het belang van dit aspect van de missie:"Duizenden geesten van over de hele wereld zullen over die gegevens kunnen nadenken en nieuwe manieren kunnen bedenken om ze te gebruiken. Het is moeilijk te voorspellen wat de WFIRST-gegevens zullen ontsluiten, maar ik weet wel dat hoe meer mensen er naar kijken, hoe groter het tempo van ontdekking."

Als aanvulling op andere observatoria

De combinatie van talenten van WFIRST zal een waardevolle aanvulling zijn op die van andere observatoria, inclusief Hubble en de James Webb Space Telescope. "Met honderd keer het gezichtsveld van Hubble, en het vermogen om snel de lucht te overzien, WFIRST wordt een uiterst krachtige ontdekkingstool, " legde Karoline Gilbert uit, WFIRST Mission Scientist bij het Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland. "Web, die 100 keer gevoeliger is en dieper in het infrarood kan kijken, zal in staat zijn om de zeldzame astronomische objecten die door WFIRST zijn ontdekt tot in de kleinste details te observeren. In de tussentijd, Hubble zal een uniek beeld blijven bieden van het optische en ultraviolette licht dat wordt uitgestraald door de objecten die WFIRST ontdekt, en Webb volgt op."

Het gesimuleerde beeld wordt gepresenteerd op de 235e bijeenkomst van de American Astronomical Society in Honolulu, Hawaii.