El nuevo telescopio espacial de la NASA verá el universo en 102 colores

La NASA está lista para lanzar un telescopio espacial para ver el universo de una manera completamente nueva.

El espectro-fotómetro de la agencia para la historia del universo, la época de reionización y el explorador de ICES, o Spherex, Mission, se lanzará no antes del 2 de marzo a las 10:09 pm EST de la base de la Fuerza Espacial Vandenberg de California. La misión Spherex de $ 488 millones está a medida para cosmología; Entre sus objetivos clave se encuentra una especie de estadísticas celestiales que los científicos esperan que les ayude a comprender los primeros momentos de la historia cósmica. Una vez en el trabajo, el telescopio encuestará a todo el cielo en más de 100 “colores” diferentes de luz infrarrojacreando un conjunto de datos masivo que tendrá grandes implicaciones en la astronomía.

“Normalmente no tienes una encuesta como esta”, dice Jo Dunkley, un astrofísico de la Universidad de Princeton, que sirve en una junta de revisión de la NASA que está monitoreando la misión. “Es realmente inusual y realmente ordenado”.

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Por lo general, las misiones que encuestan los cielos tienen amplios campos de visión, pero solo con un puñado de individuos o grupos de longitudes de onda de luz. Los telescopios que pueden analizar la luz mediante su longitud de onda generalmente solo lo hacen sobre una pequeña área de cielo, apuntando a objetos de interés específicos. Por ejemplo, la cámara en el observatorio de Vera C. Rubin en Chileque se espera que comience las observaciones a finales de este año, funcionará el cielo en seis bandas de longitudes de onda. En contraste, el James Webb Space Telescope tiene varios modos de observación Eso puede dividir la luz en muchas longitudes de onda, pero todas ellas están limitadas por el pequeño campo de visión del observatorio.

Spherex funciona de manera diferente. Para entenderlo, considere una impresora de color que divide una imagen en una capa cada uno de los cuatro colores de tinta diferentes: cyan, magenta, amarillo y negro. Estos colores se combinan para formar una imagen final a todo color. Del mismo modo, Spherex está equipado con seis filtros especiales que dividirán su vista del cielo completo en 102 colores infrarrojos.

“Realmente está mapeando el cielo de una manera novedosa”, dice Olivier Doré, cosmólogo del Laboratorio de Propulsión de Jet de la NASA (JPL) y el Instituto de Tecnología de California y científico de proyectos para Spherex. “Se trata de abrir una nueva ventana en el universo”.

Aunque los datos que se reúne la nave espacial serán de gran relevancia en toda la astronomía, el equipo de Spherex tiene tres objetivos científicos clave. Estos van desde el mapeo Varios delitos En y alrededor de nuestro vecindario galáctico para contar toda la luz del universo sobre su historia para incluso investigar algunos de los primeros momentos del tiempo en sí, poco después del Big Bang.

Ies en abundancia

En sus estudios más cercanos a aquí y ahora, Spherex buscará un ICE variado en todo el vía Láctea y sus galaxias vecinas. Para hacerlo, el telescopio trazará la presencia de hielo de agua, por supuesto, así como dióxido de carbono congelado, metanol, amoníaco y otros compuestos intrigantes. Cada una de estas sustancias tiene su propia firma molecular distintiva, o espectro, que está impreso en longitudes de onda de luz que interactúan con ella. Y los científicos podrán discernir estos espectros de hielo con claridad sin precedentes gracias a las observaciones de Spherex.

Reunir tales espectros ha sido históricamente un proceso difícil; Solo se realizaron unas 200 medidas de este tipo para estos ICE antes del lanzamiento de JWST. Spherex, en contraste, hará unos ocho millones de observaciones de este tipo. Los científicos esperan que el trabajo proporcione una mejor comprensión de los complejos procesos químicos que unen estos piezas con granos de polvo interestelares, y presumiblemente los entregan a sistemas planetarios nacientes.

“Es probable que el hielo en el medio interestelar sea la fuente de agua en la Tierra y en nuestro sistema solar”, dice James Bock, cosmólogo de JPL y el Instituto de Tecnología de California e investigador principal de Spherex. Esto también es más que una trivialidad académica, dada la importancia de estas moléculas particulares para un pequeño fenómeno que llamamos vida.

Toda la luz del universo

Dejando a un lado, gran parte del trabajo de Spherex se referirá al cosmos anterior y más distante, gracias a la El enfoque del telescopio en la luz infrarroja. Debido a que el universo se está expandiendo constantemente en todas las direcciones, una longitud de onda de luz que viaja a través de ella se estira literalmente. Los científicos llaman a este fenómeno “desplazamiento rojo” porque, dentro del rango de ojos humanos ligeros puede ver, la luz roja tiene las longitudes de onda más largas. Cuanto más transversa la luz espacial, más se estira su longitud de onda y más roja se vuelve, así que cualquier luz emitida por las fuentes antiguas y lejanas a menudo termina convirtiéndose en la luz infrarroja que Spherex puede ver.

Esto también significa que un análisis cuidadoso de la luz desplazada de un objeto permite a los astrónomos calcular qué tan lejos está el objeto de la Tierra. A través de la astronomía, la medición de esta profundidad en el cielo agrega una tercera dimensión de distancia (y del tiempo, gracias a la velocidad finita de Light) a nuestros mapas planos del universo.

Estas tácticas son particularmente poderosas para las regiones donde Spherex recopilará la mayor cantidad de datos, hacia arriba y hacia abajo desde el plano de nuestro sistema solar, dentro de las franjas del cielo llamados los polos eclípticos norte y sur. El telescopio observará cada polo eclíptico una vez que cada órbita sea la misión durante mucho tiempo, buscando algo aparentemente inefable: la débil señal de todo La luz emitida sobre la historia del universo, que los científicos de Spherex se transmitirán a través del tiempo.

Los investigadores ya han estimado este flujo cósmico midiendo la cantidad de luz generada por muestras representativas de galaxias. Pero saben que esto subviene la verdadera producción de luz. Algunas galaxias están demasiado lejos o demasiado débil para medirse a través de esta técnica de aproximación, y la luz de las estrellas en las afueras difusas de una galaxia se pasa por alto fácilmente. Pero Spherex no está mirando las galaxias individuales: está mirando todo el cielo, por lo que verá incluso esta luz perdida de otro modo en el fondo.

“Incluso si no ves una estrella allí, todavía veremos la luz, los fotones emitidos colectivamente por todas las galaxias en el universo”, dice Asantha Cooray, cosmóloga de la Universidad de California, Irvine, y miembro del equipo Spherex.

Pero simplemente ver no es suficiente: los científicos también quieren entender cómo la producción de luz total del universo ha cambiado con el tiempo, que es donde entran los datos ricos en longitud de onda de Redshifting y Spherex. El seguimiento de estos cambios temporales podría ayudar a revelar cómo se desarrollaron las primeras galaxias, o cómo lo extraño “.Pequeños puntos rojos“Observado por JWST formó solo cientos de millones de años después del Big Bang.

“Cada longitud de onda te está dando una porción diferente a través de la historia cósmica”, dice Bock. Es como si la imagen de cuatro colores de nuestra analogía de “impresora” explotara en una serie de capas distintas entre el espectador y la página, con cada capa más distante, significativamente más antigua que la que está frente a ella, codificando miles de millones de años de historia en sus transiciones.

“Estamos tratando de investigar casi toda la historia cósmica, hasta la época de la First Star Formation”, dice Cooray.

Acercándose a la inflación

El último de los principales objetivos científicos de Spherex parece aún más atrás en el tiempo, hasta los momentos después del Big Bang, durante el cual la mayoría de los científicos creen que un fenómeno llamado inflación cósmica impulsó un explosivo Aumento del tamaño del universo.

“La inflación fue un gran evento en nuestro universo”, dice Bock. “Expandió el universo dramáticamente, un trillón de trillón o algo así”.

Para algo tan épocal, la inflación es sorprendentemente difícil de estudiar. Sucedió cuando el asunto del universo estaba en un estado enérgico casi inconcebiblemente denso, mucho más allá de todo lo que los científicos pueden intentar imitar en un laboratorio. Spherex no cambiará esas limitaciones, pero permitirá a los científicos seguir una forma indirecta de comprender cómo se desarrolló la inflación.

“Es realmente una máquina de descubrimiento”. —Olivier Doré, cosmólogo

En el corazón de este trabajo se encuentra la encuesta de Spherex de todo el cielo y muchas de las galaxias en él, algunos 450 millones, todos contados. El telescopio identificará la ubicación de cada una de estas galaxias, creando un atlas tridimensional masivo del cosmos.

De allí vendrán las estadísticas celestiales. Basado en diferentes teorías sobre cómo podría funcionar la inflación y qué otros fenómenos podrían afectar, los científicos han desarrollado diferentes modelos de cómo la materia se habría dispersado en el universo del recién nacido. A pesar de los eones intermedios, este patrón aún debe grabarse a través del cosmos en las distribuciones espaciales de las galaxias. Y Spherex debe proporcionar los datos necesarios para detectarlos, evaluando qué modelos inflacionarios se ajusta y qué no, apoyando algunos escenarios de inflación y refutando otros, incluso sin observar la inflación directamente.

“Vamos a retroceder intelectualmente en el tiempo del origen del universo”, dice Doré. “En realidad, podemos, más o menos con la pluma en papel, pasar de la distribución de galaxias en estas escalas más grandes, usando la física que conocemos, hasta la física de la inflación. Eso es algo que es muy poderoso, muy alucinante “.

Durante su viaje inicial lejos de la Tierra, Spherex también está facilitando la comprensión de los científicos sobre el sol. Una segunda misión de la NASA, compuesta por cuatro pequeños satélites llamados colectivamente Polarímetro para unificar la corona y la heliosfera, o Punch, se enganchará con el telescopio espacial. Al igual que Spherex, estos cuatro satélites orbitarán la Tierra a lo largo de la línea donde el día se encuentra con la noche. Pero a diferencia de su compañero más grande centrado en el cosmos, los satélites de perforación mirarán hacia nuestra estrella, estudiando cómo su atmósfera externa alimenta la corriente de partículas cargadas llamadas viento solar que sustenta todo nuestro sistema solar.

Pero incluso Spherex apropiado contribuirá a la ciencia mucho más allá de sus tres preguntas principales de astronomía. Aunque se adapta a la distancia, por ejemplo, observará todo lo que cae en su camino, incluidas las rarezas más cercanas como los planetas, los asteroides y los cometas. Y debido a que encuestará el cielo completo al menos cuatro veces, posiblemente más, dado el registro de la NASA de retirar la mayor cantidad de ciencia posible de su nave espacial, los investigadores interesados ​​en cambiar rápidamente eventos como supernovas también buscarán nuevos hallazgos en datos Spherex.

“La belleza de la astronomía es: sabemos que cada vez que miramos el cielo de una manera diferente, con un instrumento diferente, desde un ángulo diferente, descubrimos cosas nuevas”, dice Doré. Spherex será simplemente la nueva iteración de este truismo, agrega. “Es realmente una máquina de descubrimiento”, dice Doré.