Il nuovo telescopio spaziale della NASA vedrà l’universo in 102 colori

La NASA è pronta a lanciare un telescopio spaziale per vedere l’universo in un modo completamente nuovo.

Lo spettro-fotometro dell’agenzia per la storia dell’universo, Epoch of Reionization and Ices Explorer, o Spherex, Mission, è programmato per il lancio non prima del 2 marzo alle 22:09 EST dalla base della Space Force di Vandenberg in California. La missione Spherex da 488 milioni di dollari è adattata alla cosmologia; Tra i suoi obiettivi chiave c’è una sorta di statistiche celesti che gli scienziati sperano li aiuteranno a comprendere i primi momenti della storia cosmica. Una volta al lavoro, il telescopio esaminerà l’intero cielo in oltre 100 diversi “colori” di luce a infrarossi, creando un set di dati enorme che avrà grandi implicazioni nell’astronomia.

“Normalmente non hai un sondaggio come questo”, afferma Jo Dunkley, un astrofisico alla Princeton University, che fa parte di un comitato di revisione della NASA che sta monitorando la missione. “È davvero insolito e davvero pulito.”

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Tipicamente, le missioni che esaminano i cieli hanno ampi campi di vista ma solo a una manciata di individuali o gruppi di lunghezze d’onda di luce. I telescopi che possono analizzare la luce per la sua lunghezza d’onda di solito lo fanno solo su una piccola area di cielo, indicando oggetti specifici di interesse. Ad esempio, la fotocamera sull’osservatorio di Vera C. Rubin in Cile, che dovrebbe iniziare le osservazioni entro la fine dell’anno, si accumulerà il cielo in sei fasce di lunghezze d’onda. Al contrario, il telescopio spaziale di James Webb ha diverse modalità di osservazione che possono interrompere la luce in molte lunghezze d’onda, ma tutte sono limitate dal piccolo campo visivo dell’Osservatorio.

Spherex funziona in modo diverso. Per capirlo, considera una stampante a colori che rompe un’immagine in uno strato ciascuno dei quattro diversi colori di inchiostro: giallo, magenta, giallo e nero. Questi colori si combinano per formare un’immagine finale a colori. Allo stesso modo, Spherex è dotato di sei filtri speciali che divideranno la sua vista del cielo completo in 102 colori a infrarossi.

“Sta davvero mappando il cielo in modo nuovo”, afferma Olivier Doré, cosmologo del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA e del California Institute of Technology e uno scienziato del progetto per Spherex. “Si tratta di aprire una nuova finestra sull’universo.”

Sebbene i dati che l’astronave raccoglie sarà di grande rilevanza in tutta l’astronomia, il team Spherex ha tre obiettivi scientifici chiave. Questi vanno dalla mappatura di vari temi dentro e intorno al nostro quartiere galattico al calcolo di tutta la luce dell’universo sulla sua storia per persino indagare su alcuni dei primi momenti di tempo stesso, poco dopo il Big Bang.

Ice a bizzeffe

Nei suoi studi più vicini al qui e ora, Spherex cercherà i settori assortiti in tutta la Via Lattea e le sue galassie vicine. Per fare ciò, il telescopio mapperà la presenza di ghiaccio d’acqua, ovviamente, nonché anidride carbonica congelata, metanolo, ammoniaca e altri composti intriganti. Ognuna di queste sostanze porta la propria firma molecolare distintiva, o spettro, che è impressa in lunghezze d’onda della luce che interagiscono con essa. E gli scienziati saranno in grado di discernere questi spettri di ghiaccio con chiarezza senza precedenti grazie alle osservazioni di Spherex.

Raccogliere tali spettri è stato storicamente un processo difficile; Solo circa 200 di queste misurazioni per questi ICE sono state effettuate prima del lancio di JWST. Spherex, al contrario, farà circa otto milioni di questi osservazioni. Gli scienziati sperano che il lavoro fornisca una migliore comprensione dei complessi processi chimici che legano questi cereali a grani di polvere interstellare e che presumibilmente li consegnino ai nascenti sistemi planetari.

“È probabile che il ghiaccio nel mezzo interstellare sia la fonte di acqua sulla terra e nel nostro sistema solare”, afferma James Bock, cosmologo del JPL e del California Institute of Technology e Principal Investigator di Spherex. Questo è anche più che una banalità accademica, dato quanto siano importanti queste particolari molecole per un po ‘di fenomeno che chiamiamo vita.

Tutta la luce dell’universo

A parte i citi, gran parte del lavoro di Spherex riguarderà il cosmo precedente e più lontano, grazie all’attenzione del telescopio sulla luce a infrarossi. Poiché l’universo si espande costantemente in tutte le direzioni, una lunghezza d’onda di luce che lo attraversa è letteralmente. Gli scienziati chiamano questo fenomeno “spostamento verso il rosso” perché, all’interno della gamma di occhi umani di luce può vedere, la luce rossa ha le lunghezze d’onda più lunghe. Più la luce dello spazio attraversa, più la sua lunghezza d’onda viene allungata e più si diventa più rossa, quindi qualsiasi luce emessa da fonti antiche e lontane finisce spesso per diventare la luce infrarossa che sferex può vedere.

Ciò significa anche che un’attenta analisi della luce rossa di un oggetto consente agli astronomi di calcolare quanto è lontano l’oggetto dalla Terra. Attraverso l’astronomia, la misurazione di questa profondità nel cielo aggiunge una terza dimensione della distanza (e del tempo, grazie alla velocità finita di Light) sulle nostre mappe altrimenti piatte dell’universo.

Queste tattiche sono particolarmente potenti per le regioni in cui Spherex raccoglierà il maggior numero di dati: verso il basso e verso il basso dal piano del nostro sistema solare, all’interno delle fasce del cielo ha soprannominato i poli eclittici nord e sud. Il telescopio osserverà ogni polo eclittico una volta che ogni orbita tutta la missione a lungo, cercando qualcosa di apparentemente ineffabile: il debole segnale di Tutto La luce emessa sulla storia dell’universo, che gli scienziati sferex analizzeranno il tempo.

I ricercatori hanno già stimato questo flusso cosmico misurando la quantità di luce generata da campioni rappresentativi di galassie. Ma sanno che questo sottolinea la vera produzione di luce. Alcune galassie sono troppo lontane o troppo deboli per essere misurate tramite questa tecnica di approssimazione e la luce dalle stelle a una periferia diffusa di una galassia viene facilmente trascurata. Ma Spherex non sta guardando le singole galassie: sta guardando tutto il cielo, quindi vedrà anche questa luce mancante in agguato sullo sfondo.

“Anche se non vedi una stella lì, vedremo ancora la luce, i fotoni emessi collettivamente da tutte le galassie nell’universo”, afferma Asantha Cooray, cosmologo dell’Università della California, Irvine e un membro della squadra Spherex.

Ma semplicemente vedere non è abbastanza: gli scienziati vogliono anche capire come è cambiata la produzione di luce totale dell’universo nel tempo, che è dove arrivano i dati ricchi di lunghezza d’onda di Spherex e la lunghezza d’onda. Tracciare questi cambiamenti temporali potrebbero aiutare a rivelare come si sono sviluppate le prime galassie, ad esempio, o come gli strani “piccoli punti rossi” osservati da JWST hanno formato solo centinaia di milioni di anni.

“Ogni lunghezza d’onda ti sta dando una fetta diversa attraverso la storia cosmica”, afferma Bock. È come se l’immagine a quattro colori della nostra analogia “stampante” esplose in una serie di strati distinti tra lo spettatore e la pagina, con ogni strato più lontano che fosse significativamente più vecchio di quello di fronte, codificando miliardi di anni di storia nelle loro transizioni.

“Stiamo cercando di sondare praticamente tutta tutta la storia cosmica, fino all’epoca della formazione di First Star”, afferma Cooray.

Zooming sull’inflazione

L’ultimo degli obiettivi scientifici primari di Spherex sembra ancora più indietro nel tempo, fino ai momenti dopo il Big Bang, durante i quali la maggior parte degli scienziati crede che un fenomeno chiamato Inflazione cosmica abbia spinto un aumento esplosivo delle dimensioni dell’universo.

“L’inflazione è stata un grande evento nel nostro universo”, afferma Bock. “Ha ampliato drasticamente l’universo: un trilione di trilioni di trilioni o qualcosa del genere.”

Per qualcosa di così epocale, l’inflazione è sorprendentemente difficile da studiare. È successo quando la questione dell’universo era in uno stato quasi inconcepibilmente denso ed energico, ben al di là di qualsiasi cosa gli scienziati possano tentare di imitare in un laboratorio. Spherex non cambierà tali vincoli, ma consentirà agli scienziati di perseguire un modo di rotonda di capire come si è svolta l’inflazione.

“È davvero una macchina da scoperta.” —Olivier Doré, cosmologo

Al centro di questo lavoro c’è il sondaggio di Spherex su tutto il cielo e molte delle galassie in esso – alcuni 450 milioni, tutti hanno detto. Il telescopio individuirà la posizione di ciascuna di queste galassie, creando un enorme atlante tridimensionale del cosmo.

Da lì arriveranno le statistiche celesti. Sulla base di diverse teorie su come l’inflazione potrebbe funzionare e quali altri fenomeni potrebbero influenzarla, gli scienziati hanno sviluppato diversi modelli di come la materia sarebbe stata dispersa nell’universo neonato. Nonostante gli eoni intermedi, questo modello dovrebbe essere ancora inciso attraverso il cosmo nelle distribuzioni spaziali delle galassie. E Spherex dovrebbe fornire i dati necessari per rilevarlo, valutando quali modelli inflazionistici si adatta e quali no, sostenendo alcuni scenari di inflazione e confutando altri, anche senza osservare direttamente l’inflazione.

“Stiamo tornando intellettualmente indietro nel tempo all’origine dell’universo”, afferma Doré. “In realtà possiamo, praticamente con la penna su carta, passare dalla distribuzione delle galassie su queste scale più grandi, usando la fisica che conosciamo, fino alla fisica dell’inflazione. È qualcosa che è molto potente, molto sbalorditivo. “

Durante il suo viaggio iniziale lontano dalla Terra, Spherex sta anche facilitando la comprensione del sole degli scienziati. Una seconda missione della NASA, composta da quattro piccoli satelliti chiamati collettivamente Polarimeter per unificare la corona e l’eliosfera, o Punch, faranno un giro con il telescopio spaziale. Come Spherex, questi quattro satelliti orbiranno la terra lungo la linea in cui il giorno si incontra la notte. Ma a differenza del loro più grande compagno focalizzato sul cosmo, i satelliti Punch guarderanno verso la nostra stella, studiando come la sua atmosfera esterna alimenta il flusso di particelle cariche chiamate vento solare che soffrono tutto il nostro sistema solare.

Ma anche Spherex proprio contribuirà alla scienza ben oltre le sue tre principali domande di astronomia. Sebbene sia adattato a scrutare in lontananza, ad esempio, osserverà comunque tutto ciò che cade sul suo percorso, comprese stranezze più vicine come pianeti, asteroidi e comete. E poiché esaminerà il cielo completo almeno quattro volte-forse più, dato il record della NASA di strizzare la maggior parte della scienza possibile dal suo veicolo spaziale-i ricercatori interessati a eventi in rapida evoluzione come le supernova cercheranno anche nuove scoperte nei dati di sferex.

“La bellezza dell’astronomia è: sappiamo che ogni volta che guardiamo il cielo in un modo diverso, con uno strumento diverso, da un angolo diverso, scopriamo cose nuove”, afferma Doré. Spherex sarà semplicemente la più recente iterazione di questo truismo, aggiunge. “È davvero una macchina da scoperta”, afferma Doré.