Обсерватория НАСА SPHEREx будет интегрирована и испытана в BAE Systems в Боулдере, штат Колорадо, в апреле 2024 года. Космический телескоп будет использовать метод, называемый спектроскопией, по всему небу, захватывая Вселенную в более чем 100 цветах. Фото предоставлено: BAE Systems
Миссия НАСА SPHEREx не будет первым космическим телескопом, который будет наблюдать сотни миллионов звезд и галактик, когда она будет запущена не позднее апреля 2025 года, но она будет первой, которая будет наблюдать их в 102 цветах.
Хотя эти цвета не видны человеческому глазу, поскольку они находятся в инфракрасном диапазоне, ученые будут использовать их для изучения самых разных тем: от физики, которая управляла Вселенной менее чем через секунду после ее рождения, до образования водных планет, таких как Земля.
«Мы первая миссия, которая осмотрит все небо в таком количестве цветов», — сказал главный исследователь SPHEREx Джейми Бок, который совместно базируется в Лаборатории реактивного движения НАСА и Калифорнийском технологическом институте в Южной Калифорнии. «Всякий раз, когда астрономы смотрят на небо с новой точки зрения, мы можем ожидать открытий».
SPHEREx, сокращение от Spectro-photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization и Ices Explorer, будет собирать инфракрасный свет с длиной волны, немного большей, чем может воспринимать человеческий глаз. Телескоп будет использовать метод, называемый спектроскопией, чтобы улавливать свет сотен миллионов звезд и галактик и разлагать его на отдельные цвета, точно так же, как призма превращает солнечный свет в радугу. Эта цветовая разбивка может выявить различные свойства объекта, включая его состав и расстояние от Земли.
Вот три основных научных исследования, которые SPHEREx проведет с помощью своей красочной карты всего неба.
Космическое происхождение
То, что человеческий глаз воспринимает как цвета, представляет собой свет различной длины. Единственная разница между цветами — расстояние между гребнями световых волн. По мере движения звезды или галактики ее световые волны растягиваются или сжимаются, меняя цвета, которые они излучают. (То же самое относится и к звуковым волнам, поэтому кажется, что высота звука сирены скорой помощи увеличивается по мере приближения и падает при прохождении.) Астрономы могут измерить степень, в которой свет растягивается или сжимается, и использовать это для определения расстояния к объекту.
SPHEREx будет использовать этот принцип для картирования положения сотен миллионов галактик в 3D. Это позволяет ученым изучать физику инфляции — события, которое заставило Вселенную расшириться в триллион-триллион раз менее чем за секунду после Большого взрыва. Это быстрое расширение усилило небольшие различия в распределении материи. Поскольку эти различия до сих пор заложены в распределении галактик, измерение распределения галактик может рассказать ученым больше о том, как работает инфляция.
Галактическое происхождение
SPHEREx также будет измерять коллективное свечение, создаваемое всеми галактиками, как ближними, так и далекими – другими словами, общее количество света, излучаемого галактиками на протяжении всей космической истории. Ученые попытались оценить этот общий световой поток, наблюдая за отдельными галактиками и экстраполируя его на триллионы галактик во Вселенной. Однако эти подсчеты могут игнорировать некоторые слабые или скрытые источники света, такие как галактики, которые слишком малы или слишком далеки, чтобы телескопы могли их легко обнаружить.
Используя спектроскопию, SPHEREx также может показать астрономам, как общий световой поток менялся с течением времени. Например, может оказаться, что самые ранние поколения галактик во Вселенной производили больше света, чем считалось ранее, либо потому, что их было больше, либо потому, что они были больше и ярче, чем предполагают текущие оценки.
Поскольку свету требуется время, чтобы пройти через пространство, мы видим удаленные объекты такими, какими они были в прошлом. И по мере распространения света он растягивается из-за расширения Вселенной, меняя длину волны и цвет. Таким образом, ученые могут использовать данные SPHEREx, чтобы определить, как далеко прошел свет и где в истории Вселенной он был выпущен.
Происхождение воды
SPHEREx будет измерять количество замороженной воды, углекислого газа и других важных компонентов жизни, какой мы ее знаем, в более чем 9 миллионах уникальных направлений Млечного Пути. Эта информация поможет ученым лучше понять, насколько доступны эти ключевые молекулы для формирования планет.
Исследования показывают, что большая часть воды в нашей галактике находится в форме льда, а не газа, и заморожена на поверхности в виде мелких пылинок. В плотных облаках, где формируются звезды, эти ледяные пылинки могут стать частью новых формирующихся планет и иметь потенциал для создания океанов, подобных земным.
Красочное видение миссии позволит ученым идентифицировать эти материалы, поскольку химические элементы и молекулы оставляют уникальную подпись в цветах, которые они поглощают и излучают.
Большая картина
Многие космические телескопы, в том числе «Хаббл» НАСА и «Джеймс Уэбб», могут обеспечить детальную спектроскопию с высоким разрешением отдельных объектов или небольших участков космоса. Другие космические телескопы, такие как вышедший из эксплуатации Wide Field Infrared Survey Explorer (WISE) НАСА, были разработаны для захвата изображений всего неба. SPHEREx объединяет эти возможности для применения спектроскопии ко всему небу.
Объединив наблюдения телескопов, нацеленных на определенные части неба, с общим изображением SPHEREx, ученые получают более полную и красочную картину Вселенной.
