Wenn es 2025 ins All geht, wird die Weitfeld-Infrarot-Vermessungsteleskop (WFIRST) wird das mächtigste Observatorium sein, das jemals eingesetzt wurde, und dem ehrwürdigen Nachfolger folgen Hubble und Spitzer Weltraumteleskope. Mit einer einzigartigen Kombination aus hoher Auflösung und großem Sichtfeld kann WFIRST das Äquivalent von 100 erfassen Hubble-Qualitätsbilder mit einer einzigen Aufnahme und Vermessung des Nachthimmels mit 1000-facher Geschwindigkeit.
In Vorbereitung auf dieses bedeutsame Ereignis haben Astronomen im Goddard Space Flight Center der NASA Simulationen durchgeführt, um zu demonstrieren, was der WFIRST sehen kann, damit sie ihre Beobachtungen planen können. Um den Zuschauern eine Vorschau darauf zu geben, wie dies aussehen würde, hat das Goddard Space Flight Center der NASA ein Video veröffentlicht, das den WFIRST simuliert, der eine Umfrage der benachbarten Andromeda-Galaxie (M31) durchführt.
Die Simulation, die diese Woche auf dem 235. Treffen der American Astronomical Society (ASS) in Honululu vorgestellt wurde, basiert auf Daten von Hubble im Laufe von Hunderten von Beobachtungen von Andromeda. Auf diese Weise bietet die Simulation dem Betrachter eine Vorschau auf die Weite und die feinen Details, die der WFIRST mit nur einem einzigen Bild liefern kann.
Die simulierte Aufnahme deckt einen Raumbereich mit einem Durchmesser von 34.000 Lichtjahren ab und zeigt das rote und infrarote Licht von über 50 Millionen einzelnen Sternen. Mit dieser Art von Bildgebungsleistung konnte der WFIRST in wenigen Monaten so viel Himmel im nahen Infrarotspektrum erfassen wie Hubble im Laufe von drei Jahrzehnten - und das ebenso detailliert.
Elisa Quintana, stellvertretende WFIRST-Projektwissenschaftlerin für Kommunikation am Goddard Space Flight Center der NASA, ist zuversichtlich, dass WFIRST zu einer Revolution in der Astrophysik führen wird. Wie sie kürzlich in einer Pressemitteilung der NASA feststellte:
„Um grundlegende Fragen zu beantworten wie: Wie häufig sind Planeten wie in unserem Sonnensystem? Wie bilden, entwickeln und interagieren Galaxien? Wie und warum hat sich die Expansionsrate des Universums im Laufe der Zeit verändert? Wir brauchen ein Werkzeug, das uns eine breite und detaillierte Sicht auf den Himmel bietet. WFIRST wird dieses Werkzeug sein. “
Die 18 in der Simulation gezeigten Bilder stellen eine genaue Darstellung dessen dar, was der WFIRST bei jedem Zeigen und jeder Aufnahme sehen wird. Mit seinen 18 Detektoren, von denen jeder 4096 x 4096 Pixel misst, wird der WFIRST eine Fläche von ungefähr 1? mal das eines Vollmonds mit jedem Zeigen - während einzelne Hubble-Bilder eine Fläche von weniger als 1% der Fläche eines Vollmonds abdecken.
Zusätzlich zu seinen Bildgebungsfunktionen bietet das WFIRST eine außergewöhnliche Vermessungsgeschwindigkeit, die sich aus seinem weiten Sichtfeld ergibt. Durch die Möglichkeit, einen größeren Bereich in einem einzigen Punkt zu überwachen und schnell von einem Feld zum anderen zu wechseln, muss das Missionsteam nicht jedes Mal, wenn es ein neues Feld vermessen möchte, den mühsamen Prozess der erneuten Ernennung durchlaufen.
Ein weiterer Faktor ist die Umlaufbahn, die der WFIRST einnehmen wird, um einen Blick auf den Raum zu ermöglichen, der im Allgemeinen von der Erde nicht behindert wird. Wohingegen HubbleAufgrund der niedrigen Erdumlaufbahn (Low Earth Orbit, LEO) von etwa 560 km (350 mi) konnte WFIRST häufig nur die Hälfte seiner Umlaufzeit erfassen. WFIRST befindet sich in einer weiten Umlaufbahn von etwa 1,6 Millionen km (1 Million mi). . In dieser Entfernung können Beobachtungen nahezu kontinuierlich durchgeführt werden.
Ben Williams, ein Astronom an der University of Washington in Seattle, war für die Erstellung des simulierten Datensatzes für dieses Bild verantwortlich. Wie er erklärte, bietet der WFIRST eine wertvolle Gelegenheit, große Objekte in der Nähe wie Andromeda zu verstehen, deren Bildgebung ansonsten äußerst zeitaufwändig ist, da sie einen so großen Teil des Himmels einnehmen:
„Wir haben in den letzten Jahrzehnten in kleinen Teilen nahegelegener Galaxien Bilder mit hoher Auflösung aufgenommen. Mit Hubble erhalten Sie diese wirklich verlockenden Einblicke in sehr komplexe Systeme in der Nähe. Mit WFIRST können Sie plötzlich das Ganze abdecken, ohne viel Zeit zu verbringen. “
Grundsätzlich bietet die Möglichkeit, Bilder eines so großen Gebiets aufzunehmen, den Astronomen den Kontext, den sie benötigen, um zu verstehen, wie sich Sterne bilden und wie sich Galaxien im Laufe der Zeit verändern. Im Wesentlichen ermöglicht ein weites Sichtfeld den Astronomen, nicht nur einzelne Sterne oder Galaxien zu untersuchen, sondern auch die Strukturen, in denen sie leben, und die Umgebung.
Mit dieser Technologie und Fähigkeit freuen sich die Missionsleiter darauf, riesige Datenmengen über den Kosmos zu sammeln. WFIRST wird im Verlauf seiner 5-Jahres-Mission voraussichtlich mehr als 20 Petabyte an Informationen über Tausende von Planeten, Milliarden von Sternen und Millionen von Galaxien sammeln. Diese Daten werden verwendet, um die grundlegenden Fragen des Kosmos und die ihn regelnden Gesetze zu beantworten.
Dazu gehört, ob die kosmische Expansion auf eine mysteriöse, unsichtbare Kraft (auch bekannt als Dunkle Energie) oder auf einen Zusammenbruch der Allgemeinen Relativitätstheorie auf kosmologischen Skalen zurückzuführen ist; als die ersten Galaxien im Universum erschienen und wie sie sich seitdem entwickelt haben; und ob Planeten jenseits unseres Sonnensystems (extrasolare Planeten) ausreichende Atmosphären und die notwendigen Bedingungen auf ihren Oberflächen haben, um das Leben zu unterstützen.
Julianne Dalcanton, Professorin für Astronomie an der University of Washington, leitete das PHAT-Programm (Panchromatic Hubble Andromeda Treasury), auf dem die simulierten Daten basieren. Wie sie erklärte, kann die Kombination der Ultra-Tele- und Superweitwinkelfunktionen von WFIRST (wie anhand ihrer Simulation gezeigt) bahnbrechend sein:
„Die PHAT-Umfrage in Andromeda war eine enorme Zeitinvestition, die sorgfältige Begründung und Voraussicht erfordert. Diese neue Simulation zeigt, wie einfach eine gleichwertige Beobachtung für WFIRST sein könnte. “
Sobald WFIRST betriebsbereit ist, wird es einen erheblichen Teil seiner Zeit damit verbringen, Hunderttausende entfernter Galaxien auf Supernova-Explosionen zu überwachen, mit denen Dunkle Energie und die Expansion des Universums untersucht werden können. Diese Zeit wird auch genutzt, um die Formen und Verteilungen von Galaxien abzubilden, um besser zu verstehen, wie sich das Universum in den fast 14 Milliarden Jahren seit dem Urknall entwickelt hat.
WFIRST wird auch die Helligkeit von Milliarden von Sternen in der Milchstraße überwachen, um nach möglichen Mikrolinsenereignissen Ausschau zu halten. Diese treten auf, wenn Planeten zwischen ihrem Stern und dem Beobachter vorbeiziehen und das Licht des Sterns vorübergehend verstärken. Aufgrund seiner hohen Auflösung wird erwartet, dass WFIRST viele Exoplaneten entdeckt, die klein sind, von ihrem Stern entfernt sind, und Schurkenplaneten - und somit eine wichtige Rolle bei der Durchführung der Exoplanetenzählung spielt.
WFIRST wird auch als Technologiedemonstrator fungieren, indem es einen Koronagraph trägt, ein Instrument, das das Licht eines Sterns blockieren soll, damit Planeten, die ihn umkreisen, direkt abgebildet und charakterisiert werden können. In einem weiteren Fall sind die von WFIRST gesammelten Daten offen zugänglich und sofort für die Öffentlichkeit zugänglich. Laut Dalcanton ist dies einer der wichtigsten Aspekte der Mission.
"Tausende von Köpfen aus der ganzen Welt werden in der Lage sein, über diese Daten nachzudenken und neue Wege zu finden, sie zu nutzen", sagte sie. "Es ist schwer vorhersehbar, was die WFIRST-Daten freischalten werden, aber ich weiß, dass das Entdeckungstempo umso höher ist, je mehr Menschen wir uns damit beschäftigen."
Um das Ganze abzurunden, wird die WFIRST-Mission Observatorien ergänzen, die sich bereits im Weltraum befinden. Dazu gehören die NASAs Hubble und der James Webb Weltraumteleskop (die auch umfangreiche Erhebungen im nahen Infrarot durchführen wird) sowie die ESA Euklid Mission - die die Geschwindigkeit misst, mit der sich das Universum ausdehnt, um die Rolle von Dunkler Materie und Dunkler Energie zu bestimmen.
Karoline Gilbert, eine WFIRST-Missionswissenschaftlerin am Space Telescope Science Institute (STSI) in Baltimore, Maryland, sagte:
„Mit dem hundertfachen Sichtfeld von Hubble und der Fähigkeit, den Himmel schnell zu überblicken, wird WFIRST ein äußerst leistungsfähiges Entdeckungswerkzeug sein. Webb, der 100-mal empfindlicher ist und tiefer ins Infrarot blicken kann, kann die seltenen astronomischen Objekte, die WFIRST entdeckt hat, bis ins kleinste Detail beobachten. In der Zwischenzeit wird Hubble weiterhin einen einzigartigen Einblick in das optische und ultraviolette Licht bieten, das von den von WFIRST entdeckten Objekten emittiert wird, und Webb verfolgt dies weiter. “
Die 2020er Jahre werden für Astronomen und Weltraumforscher eine sehr aufregende Zeit. Abgesehen von Boden- und Weltraumteleskopen der nächsten Generation, die in Dienst gestellt werden, sollen eine Reihe von Missionen zum Mond, zum Mars und zum äußeren Sonnensystem gehen. Wenn die Geheimnisse des Universums und alles, was darin liegt, mit einer Zwiebel verglichen werden können, werden in diesem Jahrzehnt mit Sicherheit mehrere Schichten zurückgeschält!
Das simulierte Bild wird auf dem 235. Treffen der American Astronomical Society in Honolulu, Hawaii, vorgestellt.
