Porozmawiajmy o SPHEREx: Misja do znalezienia pochodzenia wszechświata

Jeśli chodzi o historie pochodzenia, nasz wszechświat ma dobry. Ogólnie przyjęta teoria głosi, że od 12 do 14 miliardów lat temu widzialny wszechświat był wielkości winogron.

Następnie za pomocą huk, potencjalnie ekspotencjalnie rozszerzył się z gorącego, gęstego stanu do naszego ogromnego kosmosu. Podczas gdy idea Wielkiego Wybuchu była ogólnie akceptowana od 1980 r., Nadal nie mamy pojęcia, w jaki sposób ta ogromna inflacja rzeczywiście miała miejsce.

Właśnie w tym miejscu wkracza misja SPHEREx. W zeszłym tygodniu NASA ogłosiła nowy projekt, który określa epicki tytuł: Spektro-fotometr do historii wszechświata, epoki reionizacji i Ices Explorer.

SPHEREx pościg za 242 miliony dolarów, który rozpocznie się w 2023 roku. Przez dwa lata obserwatorium w kształcie wolantu okrąży Ziemię na orbicie dwukrotnie wyższej niż Międzynarodowa Stacja Kosmiczna. Jest to misja mająca na celu rozwiązanie trzech ważnych pytań, w tym: Jakie jest pochodzenie wszechświata?

„SPHEREx sonduje inflację, szybką ekspansję przestrzeni, która miała nastąpić wkrótce po Wielkim Wybuchu”, mówi główny badacz James Bock z Caltech Odwrotność. Bock wyjaśnia, że ​​poza szybkim rozszerzaniem wszechświata, inflacja wytwarza „zmiany gęstości, które ostatecznie trafiają do nasion, gdzie tworzą się galaktyki”.

Rozkład galaktyk jest dziś wrażliwy na właściwości inflacji. Aby określić charakter tych odmian, Bock i zespół zrobią to, co zrobili przed nimi inni odkrywcy - zrób mapę.

SPHEREx jest zaprojektowany do czterokrotnego badania całego nieba w procesie gromadzenia danych o 300 milionach galaktyk, a także o ponad 100 milionach gwiazd w 96 kolorach widmowych. Obserwatorium wykonuje również zdjęcia w podczerwieni - promieniowanie elektromagnetyczne, które jest niewidoczne dla ludzkiego oka. Światło podczerwone może być mierzone jako ciepło z obiektu. Z kolei ten projekt patrzy na ciepło wszechświata.

Allen Farrington, kierownik projektu SPHEREx, wyjaśnia Odwrotność że mapa obejmie wszystkie nadchodzące światło we wszechświecie aż 10 miliardów lat temu. Celem jest zbadanie struktur, które ujawni ta mapa światła. Chodzi o to, że możemy powiedzieć coś o tym, jak wszechświat został stworzony przez pojawiające się kształty.

„W tego typu mapie niekoniecznie oglądamy pojedyncze galaktyki, ale nici światła, które są wszędzie” - mówi Farrington. „Możesz myśleć o zdjęciach Ziemi z kosmosu w nocy, gdzie możesz zobaczyć zarysy autostrad”.

Naukowcy wykorzystają te mapy do ukierunkowanych badań: analiza historii powstawania galaktyk w czasie kosmicznym, rola lodów międzygwiezdnych w tworzeniu gwiazd i planet, i badanie procesu inflacji podczas narodzin wszechświata.

Ponieważ SPHEREx mapuje w podczerwieni, mierzy dystrybucję galaktyk, zauważając ich pozycje i przesunięcia ku czerwieni. Farrington wyjaśnia, że ​​kiedy uważamy, że wszechświat się rozszerza, powinniśmy myśleć o tym mniej, gdy rzeczy oddalają się od siebie, a bardziej, gdy przestrzeń staje się coraz większa.

„Kiedy tak się dzieje, gdy światło jest emitowane z innej galaktyki, w zależności od tego, jak daleko jest, jej światło zostaje przesunięte na czerwono”, mówi Farrington. „Innymi słowy, światło wychodziło z gwiazdy z określoną częstotliwością. Im dalej się znajduje, tym bardziej jest czerwona ”.

Istnieje nadzieja, że ​​różne wartości przesunięcia ku czerwieni ujawnią ten długo pożądany wzorzec wszechświata. Niektóre teorie mówią, że kiedy wszechświat powstał, mechanizmy, które jechały, pozostawiły wzór odcisku, który mógł wyglądać jak gąbka lub ciągliwość waty cukrowej.

„Jeśli jest jak kula z waty cukrowej, jest wiele małych nici i sznurków”, mówi Farrington. „Na razie z badań możemy stwierdzić, że struktura wszechświata wygląda trochę przypadkowo. Ale matematycznie po prostu nie wiemy, jak to losowe. Ta matematyczna losowość może nam powiedzieć, czy wszechświat rozszerzył się z powodu jednego mechanizmu, czy innego.

Jest to misja, której celem jest szybkie i, w świecie nauki o kosmosie, tanie wytłumaczenie pierwszych chwil historii wszechświatów - i eleganckie badanie przeszłości, uzupełniające więcej misji przyszłościowych, takich jak podróż na Marsa.

Linda Sparke, naukowiec z programu badań astrofizycznych w NASA, opowiada Odwrotność że misja jest odpowiednia dla programu Odkrywcy, ponieważ może być stosunkowo szybka, ale „dostarcza ogromnej ilości nauki”, ostatecznie pomagając odkryć, jak galaktyki, gwiazdy i planety stały się takimi, jakie są.

„Patrzymy na początki, aby dowiedzieć się, dlaczego rzeczy są teraz takie, jak je widzimy” - wyjaśnia Sparke. „Spojrzenie na wczesną historię wszechświata jest sposobem na przetestowanie naszych pomysłów na to, jak powstają galaktyki, dlaczego ciemna energia wypycha je od siebie i innych rzeczy, których jeszcze nie rozumiemy. NASA opowiada o eksploracji i nie ma większej skali do eksploracji niż cały kosmos! ”

Dla Farringtona jest to również okazja do pracy z niesamowitym zespołem, wpływając jednocześnie na historię nauki o kosmosie.

„Przez ostatnie 20 lat pracowałem nad różnymi misjami w Laboratorium Napędów Odrzutowych, w tamtych latach widziałem, jak moje dzieci przynoszą ze szkoły do ​​domu książki naukowe zawierające informacje o misjach, nad którymi pracowałam” - mówi Farrington. „Nie ma nic fajniejszego, kiedy myślisz, wow, robię coś dla rozwoju wiedzy.

Przez następne cztery lata zespół będzie budował i testował SPHEREx. W 2025 r. Ostatnie dane zostaną przekazane i zostaną udostępnione wszystkim naukowcom, którzy chcą zbadać ogromną ilość danych. Stamtąd znajdziemy odpowiedzi na tajemnice wszechświata - a także nowe pytania, które przesuną granice tego, co oznacza dla nas wszystkich istnienie.