Wide Field Infrared Survey Telescope della NASA (WFIRST), previsto per il lancio a metà degli anni 2020, creerà enormi panorami cosmici. Usandoli, gli astronomi esploreranno tutto, dal nostro sistema solare al confine dell'universo osservabile, compresi i pianeti in tutta la nostra galassia e la natura dell'energia oscura.

Sebbene sia spesso paragonato al telescopio spaziale Hubble, che compie 30 anni questa settimana, WFIRST studierà il cosmo in modo unico e complementare.

"WFIRST consentirà incredibili progressi scientifici su un'ampia gamma di argomenti, dalle popolazioni stellari e pianeti lontani all'energia oscura e alla struttura delle galassie, "ha detto Ken Carpenter, lo scienziato del progetto del sistema di terra WFIRST e lo scienziato del progetto delle operazioni Hubble presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Hubble ha contribuito enormemente alla nostra comprensione in queste aree, ma WFIRST ci spingerà avanti studiando molti più oggetti nel cielo."

A trent'anni dal lancio, Hubble continua a fornirci sbalorditivi, immagini dettagliate dell'universo. Quando WFIRST apre gli occhi al cosmo, genererà immagini molto più grandi mentre corrisponde alla nitida risoluzione a infrarossi di Hubble.

Hubble si aggiunge alla nostra immagine dell'universo in modi che WFIRST non può fare utilizzando la visione ultravioletta che cattura i dettagli ad alta risoluzione, e fornendo funzionalità più specializzate per uno studio approfondito della luce emessa dai singoli oggetti. WFIRST fornisce una capacità più generale di coprire ampie aree a lunghezze d'onda visibili e infrarosse.

Ogni immagine WFIRST catturerà una porzione di cielo più grande della dimensione apparente di una luna piena. Le più ampie esposizioni di Hubble, scattata con la sua Advanced Camera for Surveys, sono quasi 100 volte più piccoli. Nei primi cinque anni di osservazione, WFIRST riprenderà oltre 50 volte il cielo che Hubble ha coperto finora in 30 anni.

Poiché la qualità sarà la stessa, WFIRST funzionerà come una flotta di 100 Hubble che operano in sincronia. Il suo ampio campo visivo consentirà a WFIRST di condurre ampie indagini cosmiche che richiederebbero centinaia di anni utilizzando Hubble. Gli scienziati utilizzeranno questi sondaggi per studiare alcuni dei misteri più avvincenti dell'universo, compresa l'energia oscura, una strana forza che sta accelerando l'espansione dell'universo.

Hubble ha svolto un ruolo importante nella scoperta dell'energia oscura. Nel 1998, gli astronomi hanno misurato la velocità di espansione dell'universo utilizzando telescopi terrestri per studiare stelle esplosive relativamente vicine, chiamate supernove. Hanno fatto la sorprendente scoperta che l'espansione dell'universo sta accelerando. Gli astronomi che utilizzano Hubble hanno confermato questo risultato misurando le supernove per un periodo di tempo più lungo. I dati hanno dimostrato che mentre l'espansione dell'universo stava rallentando come previsto per la maggior parte della storia cosmica, ha iniziato ad accelerare alcuni miliardi di anni fa.

Da allora gli scienziati hanno determinato che qualunque cosa stia causando questa accelerazione attualmente costituisce circa il 68% della materia e dell'energia totali nell'universo, ma finora non ne sappiamo molto di più. Scoprire la natura e il ruolo dell'energia oscura sarà uno degli obiettivi primari di WFIRST. Gli scienziati utilizzeranno tre sondaggi per esaminare il puzzle dell'energia oscura da diverse angolazioni, inclusa un'indagine su un tipo chiave di supernova, basandosi sulle osservazioni che hanno portato alla scoperta dell'energia oscura. I due rilievi su vasta area della missione misureranno le forme di centinaia di milioni di galassie e troveranno le distanze fino a decine di milioni. Questo trasformerà le immagini ad ampio campo di WFIRST in mappe 3D che misurano l'espansione dell'universo e la crescita delle galassie al suo interno.

WFIRST ci aiuterà a capire come l'energia oscura ha influenzato l'espansione dell'universo in passato, che farà luce su come può influenzare il futuro del cosmo.

Un nuovo sguardo sull'universo

Mentre Hubble vede il cosmo a infrarossi, luce visibile e ultravioletta, WFIRST sarà sintonizzato per vedere una gamma leggermente più ampia di luce infrarossa rispetto a quella che Hubble può osservare. Rilevare una parte maggiore dello spettro della luce consente a Hubble di creare un'immagine più completa di molti processi in atto nei singoli oggetti nel cosmo. WFIRST è progettato per espandere specificamente le osservazioni a infrarossi di Hubble, perché condurre enormi rilievi dell'universo infrarosso ci permetterà di vedere un gran numero di oggetti cosmici e processi più sottili in regioni dello spazio che altrimenti sarebbero difficili o impossibili da vedere.

WFIRST aiuterà a svelare i misteri che circondano l'energia oscura e l'evoluzione delle galassie scrutando attraverso enormi distese dell'universo, anche più lontano di quanto Hubble sia in grado di vedere. Questi studi richiedono osservazioni a infrarossi precise perché la luce si sposta in lunghezze d'onda più lunghe, dall'ultravioletto e dal visibile all'infrarosso, mentre viaggia su vaste distanze astronomiche a causa dell'espansione dello spazio.

Le capacità a infrarossi di WFIRST forniranno anche una nuova visione degli oggetti più vicini a casa. Il cuore della nostra galassia, la Via Lattea, è densamente popolato di ricchi bersagli, ma avvolto in una polvere che oscura la luce visibile. Come un telescopio a infrarossi, WFIRST utilizzerà essenzialmente occhiali per la visione termica per scrutare attraverso la polvere, dandoci una nuova visione del funzionamento interno della galassia.

Queste osservazioni permetteranno agli astronomi di studiare l'evoluzione stellare:le nascite, vite e morte delle stelle. WFIRST amplierà anche il nostro inventario di esopianeti, pianeti al di fuori del nostro sistema solare, rivelando migliaia di mondi che gli astronomi si aspettano saranno molto diversi dalla maggior parte dei 4, 100 ora noto. La maggior parte degli esopianeti attualmente conosciuti sono molto vicini alle stelle che li ospitano, o grandi pianeti orbitanti più lontani. Hubble ha osservato alcuni di questi pianeti direttamente usando i coronografi, che bloccano il bagliore delle stelle. WFIRST si baserà su tale tecnologia per creare un coronografo attivo che è molto più efficace nel sopprimere la luce delle stelle, una dimostrazione della tecnologia che, quando ulteriormente avanzato, consentirà ai futuri telescopi spaziali di riprendere esopianeti delle dimensioni della Terra.

Puntare sulle rarità cosmiche

Gli scienziati utilizzeranno anche le indagini cosmiche di WFIRST per ottenere enormi campioni di alcuni degli oggetti più estremi dell'universo, compresi i quasar, galassie attive con centri super luminosi. L'individuazione delle loro posizioni consentirà a Hubble e ad altri telescopi di seguire osservazioni dettagliate. Queste indagini consentiranno agli astronomi di ricostruire la storia della crescita delle galassie e dell'evoluzione dell'universo.

Per rendere possibili questi studi, WFIRST opererà molto più lontano dalla Terra di quanto non faccia Hubble. Mentre Hubble orbita a circa 340 miglia sopra di noi, WFIRST si troverà a circa 930, 000 miglia (1,5 milioni di km) di distanza dalla Terra nella direzione opposta al Sole. In questo posto speciale nello spazio, chiamato il secondo punto di Lagrange Sole-Terra, o L2, le forze gravitazionali del Sole e della Terra si bilanciano per mantenere la navicella spaziale in orbite relativamente stabili.

Vicino a L2, WFIRST orbiterà intorno al Sole in sincronia con la Terra, usando uno schermo solare per bloccare la luce solare e mantenere fresca la navicella spaziale. Poiché la luce infrarossa è radiazione di calore, se WFIRST viene riscaldato dalle radiazioni provenienti dalla Terra, il Sole o anche i suoi stessi strumenti, travolgerà i sensori a infrarossi. Da questo punto di vista, WFIRST può visualizzare ampie aree di cielo in modo uniforme per lunghi periodi di tempo.

Enormi arazzi

Per raccogliere più luce possibile, i telescopi hanno bisogno di grandi specchi primari. Poiché sia ​​WFIRST che Hubble hanno uno specchio primario largo 2,4 metri (7,9 piedi), raccolgono la stessa quantità di luce. Mentre la stessa dimensione, Lo specchio di WFIRST pesa solo un quarto di quello di Hubble grazie ai progressi tecnologici.

Con la collezione di luci simile di Hubble, risoluzione e una sovrapposizione delle capacità a infrarossi, può aiutare a stabilire le aspettative per WFIRST. Per esempio, Hubble ha prodotto un'immagine panoramica della nostra vicina galassia di Andromeda come parte del programma Pancromatico Hubble Andromeda Treasury (PHAT). Gli scienziati hanno compilato l'immagine PHAT da 7, 398 esposizioni assunte nel corso di tre anni. WFIRST potrebbe replicare l'immagine PHAT di Hubble più di 1, 000 volte più veloce. Questo tipo di osservazione rivelerà come le stelle cambiano nel tempo e influenzano la galassia in cui risiedono.

Come Hubble, WFIRST offrirà anche un programma General Observer per supportare la comunità astronomica, consentendo agli scienziati di sfruttare le capacità uniche della missione proponendo nuovi, osservazioni selezionate in modo competitivo. Come con Hubble, il proseguimento di indagini nemmeno contemplate prima del lancio diventerà probabilmente l'eredità primaria della missione WFIRST. L'intera raccolta di dati WFIRST sarà disponibile pubblicamente entro pochi giorni dalla presa, una novità assoluta per una missione di punta dell'astrofisica della NASA. WFIRST disporrà di un solido programma di ricerca archivistica per consentire agli scienziati di sfruttare appieno questi vasti set di dati.

WFIRST beneficia di altri 30 anni di importanti progressi tecnologici, tuttavia Hubble continuerà a trasformare la nostra comprensione dell'universo. Negli anni a venire, Gli enormi sondaggi a infrarossi di WFIRST riveleranno obiettivi interessanti per il follow-up di altre missioni. Hubble può visualizzare i bersagli in ulteriori lunghezze d'onda della luce e fornirà l'unica visione ad alta risoluzione dell'universo ultravioletto. Il James Webb Space Telescope può fare osservazioni dettagliate che si spingono ancora più lontano nell'infrarosso con la sua alta risoluzione, vista ingrandita. La combinazione delle scoperte del WFIRST con quelle di Hubble e Webb potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione in una moltitudine di ricerche cosmiche.

"Le indagini di WFIRST non richiedono che sappiamo esattamente dove e quando guardare per fare scoperte entusiasmanti:non ci limiteremo a guardare sotto il lampione cosmico, " ha detto Julie McEnery di Goddard, il vice scienziato del progetto WFIRST. "La missione accenderà i riflettori in modo da poter esplorare l'universo in un modo completamente nuovo".