La NASA sta iniziando a progettare la sua prossima grande missione di astrofisica, un telescopio spaziale che fornirà la più grande immagine dell'universo mai vista con la stessa profondità e chiarezza del telescopio spaziale Hubble.

Il lancio è previsto per la metà del 2020, il Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) funzionerà come il cugino con gli occhi spalancati di Hubble. Anche se sensibile come le fotocamere di Hubble, Il Wide Field Instrument di WFIRST da 300 megapixel visualizzerà un'area del cielo 100 volte più grande. Ciò significa che una singola immagine WFIRST conterrà il dettaglio equivalente di 100 immagini di Hubble.

"Una foto di Hubble è un bel poster sul muro, mentre un'immagine WFIRST coprirà l'intera parete della tua casa, " disse David Spergel, co-presidente del gruppo di lavoro scientifico WFIRST e il professore di astronomia Charles A. Young alla Princeton University nel New Jersey.

L'ampio campo visivo della missione consentirà di generare grandi immagini dell'universo mai viste prima, che aiuterà gli astronomi a esplorare alcuni dei più grandi misteri del cosmo, compreso il motivo per cui l'espansione dell'universo sembra accelerare. Una possibile spiegazione per questa accelerazione è l'energia oscura, una pressione inspiegabile che attualmente costituisce il 68 per cento del contenuto totale del cosmo e potrebbe essere cambiata nel corso della storia dell'universo. Un'altra possibilità è che questa apparente accelerazione cosmica indichi il crollo della teoria della relatività generale di Einstein in vaste aree dell'universo. WFIRST avrà il potere di testare entrambe queste idee.

Per saperne di più sull'energia oscura, WFIRST utilizzerà il suo potente specchio di 2,4 metri e il Wide Field Instrument per fare due cose:mappare come la materia è strutturata e distribuita in tutto il cosmo e misurare come l'universo si è espanso nel tempo. Nel processo, la missione studierà le galassie nel tempo cosmico, dal presente a quando l'universo aveva solo mezzo miliardo di anni, o circa il 4% della sua età attuale.

"Per capire come l'universo si è evoluto da un caldo, gas uniforme in stelle, pianeti, e persone, dobbiamo studiare gli inizi di quel processo guardando ai primi giorni dell'universo, ", ha affermato Jeffrey Kruk, scienziato del progetto WFIRST presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Abbiamo imparato molto da altri sondaggi ad ampio raggio, ma i WFIRST saranno i più sensibili e ci daranno il nostro sguardo più lontano indietro nel tempo".

WFIRST lo farà attraverso molteplici strategie di osservazione, comprese le indagini di stelle esplosive chiamate supernovae e ammassi di galassie, e mappare la distribuzione delle galassie in tre dimensioni. La misurazione della luminosità e delle distanze delle supernove ha fornito la prima prova della presenza di energia oscura. WFIRST estenderà questi studi a distanze maggiori per misurare come l'influenza dell'energia oscura sia aumentata nel tempo.

WFIRST misurerà le distanze precise degli ammassi di galassie per mappare come sono cresciuti nel tempo. La missione individuerà anche le distanze di milioni di galassie misurando come la loro luce diventa più rossa a distanze maggiori, un fenomeno chiamato redshift. Più lontana è una galassia, più rossa appare la sua luce quando la vediamo. La mappatura delle posizioni 3D delle galassie consentirà agli astronomi di misurare come la distribuzione delle galassie è cambiata nel tempo, fornendo un'altra misura di come l'energia oscura ha influenzato il cosmo.

Il Wide Field Instrument consentirà inoltre a WFIRST di misurare la materia in centinaia di milioni di galassie lontane attraverso un fenomeno dettato dalla teoria della relatività di Einstein. Oggetti massicci come le galassie curvano lo spazio-tempo in un modo che piega la luce che passa vicino a loro, creando una distorsione, vista ingrandita delle galassie lontane dietro di loro. Usando questo effetto lente d'ingrandimento, chiamato lente gravitazionale debole, WFIRST dipingerà un quadro generale di come la materia è strutturata in tutto l'universo, permettendo agli scienziati di mettere alla prova definitiva la fisica che governa il suo assemblaggio.

WFIRST può utilizzare questo stesso fenomeno di flessione della luce per studiare i pianeti oltre il nostro sistema solare, conosciuti come pianeti extrasolari. In un processo chiamato microlensing, una stella in primo piano nella nostra galassia funge da lente. Quando il suo movimento si allinea casualmente con una lontana stella sullo sfondo, la lente si ingrandisce, illumina e distorce la stella di sfondo. Mentre la stella lente si sposta lungo la sua orbita attorno alla galassia e l'allineamento si sposta, così fa la luminosità apparente della stella. Lo schema preciso di questi cambiamenti può rivelare pianeti in orbita attorno alla stella lente perché i pianeti stessi fungono da lenti gravitazionali in miniatura. Tali allineamenti devono essere precisi e durare solo poche ore.

Il sondaggio sul microlensing di WFIRST monitorerà 100 milioni di stelle per centinaia di giorni e si prevede che ne troverà circa 2, 500 pianeti, con un numero significativo di pianeti rocciosi all'interno e oltre la regione in cui può esistere acqua liquida. Questo metodo di rilevamento dei pianeti è abbastanza sensibile da trovare pianeti più piccoli di Marte, e rivelerà pianeti in orbita attorno alle loro stelle ospiti a distanze che vanno da più vicino di Venere a oltre Plutone.

Questi risultati renderanno WFIRST un compagno ideale per missioni come Kepler della NASA e il prossimo Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), che sono più adatti per trovare pianeti più grandi in orbita più vicini alle loro stelle ospiti. Insieme, le scoperte di queste tre missioni aiuteranno a completare il censimento dei pianeti oltre il nostro sistema solare, aiutandoci a imparare come i pianeti si formano e migrano in sistemi come il nostro. I dati combinati di queste missioni forniscono informazioni sui pianeti nell'area critica nota come zona abitabile, la distanza orbitante da una stella ospite che consentirebbe alla superficie di un pianeta di ospitare acqua liquida e potenzialmente vita.

WFIRST presenterà anche uno strumento dimostrativo della tecnologia del coronografo progettato per visualizzare direttamente gli esopianeti bloccando la luce di una stella, permettendo di osservare i pianeti molto più deboli. Come primo coronografo avanzato della NASA nello spazio, sarà 1, 000 volte più capace di qualsiasi altro volato in precedenza. Questo è un passo fondamentale verso le future missioni di imaging diretto che studieranno i pianeti veramente simili alla Terra scoperti nelle vicinanze. Lo strumento sarà in grado di visualizzare pianeti giganti gassosi in orbita attorno a stelle mature simili al Sole, permettendo agli scienziati di studiarli in modi che prima non erano possibili. Gli scienziati sperano di utilizzare il coronografo per determinare importanti proprietà di questi pianeti, come la loro composizione atmosferica.

WFIRST fungerà da strumento importante per la comunità scientifica attraverso il suo Osservatore generale e i programmi di analisi dei dati d'archivio. Tutti i dati WFIRST saranno disponibili al pubblico immediatamente dopo l'elaborazione e la consegna all'archivio. Anche, presentando proposte attraverso il programma competitivo, gli scienziati di tutto il mondo potranno utilizzare l'osservatorio per studiare il cosmo a modo loro, dagli esopianeti più vicini agli ammassi di galassie lontane.

La missione integrerà altre missioni che dovrebbero operare nel prossimo decennio, in particolare il telescopio spaziale James Webb, lancio programmato per il 2019. Webb fornisce uno sguardo dettagliato su oggetti rari e interessanti, mentre WFIRST darà uno sguardo ampio all'universo. WFIRST integrerà anche nuovi osservatori terrestri come il Large Synoptic Survey Telescope (LSST) attualmente in fase di sviluppo. Combinando i dati di WFIRST e LSST, gli scienziati saranno in grado di vedere l'universo in nove diverse lunghezze d'onda, dati che forniranno la vista grandangolare più dettagliata fino ad oggi dell'universo.

Facendo da pioniere a una serie di tecnologie innovative, WFIRST servirà come missione multiuso, fornendo un quadro generale dell'universo e aiutandoci a rispondere ad alcune delle domande più profonde dell'astrofisica, come il modo in cui l'universo si è evoluto in ciò che vediamo oggi, il suo destino finale e se siamo soli.

"Costruendo questo telescopio stiamo consentendo una ricchezza di scienza e la capacità di affrontare questo tipo di domande, " ha detto Spergel. "È profondamente interessante non solo per gli scienziati, ma chi alza gli occhi al cielo e si meraviglia».