Khi nó lên vũ trụ vào năm 2025, Kính thiên văn khảo sát hồng ngoại diện rộng (WFIRST) sẽ là đài quan sát mạnh nhất từng được triển khai, thành công đáng kính Hubble và Spitzer kính thiên văn vũ trụ. Dựa vào sự kết hợp độc đáo của độ phân giải cao với trường nhìn rộng, WFIRST sẽ có thể chụp tương đương 100 Hubblehình ảnh chất lượng với một lần chụp và khảo sát bầu trời đêm với tốc độ gấp 1.000 lần.
Để chuẩn bị cho sự kiện trọng đại này, các nhà thiên văn học tại Trung tâm bay không gian NASA God Goddard đã chạy mô phỏng để chứng minh những gì WFIRST sẽ có thể nhìn thấy để họ có thể lên kế hoạch quan sát. Để cung cấp cho người xem bản xem trước về diện mạo của nó, Trung tâm không gian vũ trụ NASA God Goddard đã chia sẻ một video mô phỏng WFIRST thực hiện một cuộc khảo sát về thiên hà Andromeda (M31) lân cận.
Mô phỏng, được trình bày trong tuần này tại cuộc họp lần thứ 235 của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ (ASS) ở Honululu, dựa trên dữ liệu thu được từ Hubble qua hàng trăm quan sát của Andromeda. Bằng cách này, mô phỏng cung cấp cho người xem bản xem trước của không gian rộng lớn và chi tiết tốt mà WFIRST có thể cung cấp chỉ với một hình ảnh duy nhất.
Ảnh mô phỏng bao phủ một vùng không gian có chiều dài 34.000 năm ánh sáng và chiếu ánh sáng đỏ và hồng ngoại của hơn 50 triệu ngôi sao riêng lẻ. Với loại năng lượng hình ảnh này, WFIRST có thể khảo sát trong vài tháng nữa bầu trời trong phổ hồng ngoại gần như Hubble đã làm trong suốt ba thập kỷ - và chi tiết như vậy.
Elisa Quintana, Phó nhà khoa học dự án truyền thông của WFIRST tại Trung tâm bay không gian NASA God Goddard, tự tin rằng WFIRST sẽ dẫn đến một cuộc cách mạng trong vật lý thiên văn. Như cô đã tuyên bố trong một thông cáo báo chí gần đây của NASA:
Để trả lời các câu hỏi cơ bản như: Các hành tinh phổ biến như thế nào trong các hệ mặt trời của chúng ta? Làm thế nào để các thiên hà hình thành, phát triển và tương tác? Chính xác thì - và tại sao - tốc độ mở rộng của vũ trụ thay đổi theo thời gian? Chúng ta cần một công cụ có thể cung cấp cho chúng ta cả một cái nhìn rộng và chi tiết về bầu trời. WFIRST sẽ là công cụ đó.
18 hình ảnh được hiển thị trong mô phỏng đại diện cho một mô tả chính xác về những gì WFIRST sẽ nhìn thấy với mỗi điểm chụp và hình ảnh. Với 18 máy dò, mỗi máy có kích thước 4096 x 4096 pixel, WFIRST sẽ có diện tích khoảng 1? nhân với Trăng tròn với mọi điểm - trong khi các hình ảnh Hubble riêng lẻ chiếm diện tích nhỏ hơn 1% diện tích của Trăng tròn.
Ngoài khả năng chụp ảnh, còn có tốc độ khảo sát phi thường mà WFIRST sẽ cung cấp, đó là kết quả của tầm nhìn rộng của nó. Bằng cách có thể giám sát một khu vực lớn hơn trong một điểm duy nhất và chuyển từ lĩnh vực này sang lĩnh vực khác một cách nhanh chóng, nhóm nhiệm vụ sẽ không phải trải qua quá trình tốn nhiều công sức mỗi khi họ muốn khảo sát một lĩnh vực mới.
Một yếu tố khác là quỹ đạo mà WFIRST sẽ chiếm giữ, nó sẽ đưa ra một cái nhìn về không gian nhìn chung không bị cản trở bởi Trái đất. Trong khi HubbleQuỹ đạo Trái đất thấp (LEO) khoảng 560 km (350 dặm) có nghĩa là nó thường có thể thu thập dữ liệu chỉ bằng một nửa thời gian quỹ đạo của nó, WFIRST sẽ ở trong quỹ đạo rộng khoảng 1,6 triệu km (1 triệu dặm) . Ở khoảng cách này, nó sẽ có thể tiến hành quan sát một cách gần như liên tục.
Ben Williams, một nhà thiên văn học tại Đại học Washington ở Seattle, chịu trách nhiệm tạo ra bộ dữ liệu mô phỏng cho hình ảnh này. Như ông đã giải thích, WFIRST sẽ cung cấp một cơ hội quý giá để hiểu các vật thể lớn gần đó như Andromeda, thứ cực kỳ tốn thời gian để chụp ảnh vì chúng chiếm một phần lớn của bầu trời:
Chúng tôi đã dành vài thập kỷ qua để có được hình ảnh ở độ phân giải cao trong các phần nhỏ của các thiên hà gần đó. Với Hubble, bạn có được những cái nhìn thực sự trêu ngươi về những hệ thống rất phức tạp gần đó. Với WFIRST, bất ngờ bạn có thể trang trải toàn bộ mọi thứ mà không mất nhiều thời gian.
Về cơ bản, khả năng chụp ảnh của một khu vực rộng lớn như vậy sẽ cung cấp cho các nhà thiên văn học bối cảnh họ cần để hiểu cách các ngôi sao hình thành và cách các thiên hà thay đổi theo thời gian. Về cơ bản, một phạm vi quan sát rộng sẽ cho phép các nhà thiên văn học không chỉ nghiên cứu các ngôi sao hoặc thiên hà riêng lẻ mà cả các cấu trúc mà chúng sinh sống và môi trường xung quanh.
Với trình độ công nghệ và khả năng này, các bộ điều khiển nhiệm vụ mong muốn thu thập lượng dữ liệu khổng lồ trên vũ trụ. Trong suốt nhiệm vụ theo kế hoạch 5 năm, WFIRST dự kiến sẽ tích lũy hơn 20 petabyte thông tin về hàng ngàn hành tinh, hàng tỷ ngôi sao và hàng triệu thiên hà. Dữ liệu này sẽ được sử dụng để giải quyết các câu hỏi cơ bản của vũ trụ và các luật điều chỉnh nó.
Chúng bao gồm việc mở rộng vũ trụ là do một thế lực bí ẩn, vô hình (hay còn gọi là Năng lượng tối) hoặc sự phá vỡ của Thuyết tương đối rộng trên quy mô vũ trụ; khi các thiên hà đầu tiên xuất hiện trong Vũ trụ và chúng đã phát triển như thế nào; và liệu các hành tinh ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta (các hành tinh ngoài hệ mặt trời) có đủ khí quyển và các điều kiện cần thiết trên bề mặt của chúng để hỗ trợ sự sống hay không.
Julianne Dalcanton, giáo sư thiên văn học tại Đại học Washington, đã lãnh đạo chương trình Panchromatic Hubble Andromeda Kho bạc (PHAT) mà dữ liệu mô phỏng dựa trên. Như cô đã giải thích, sự kết hợp giữa các khả năng siêu xa và siêu góc rộng của WFIRST (như thể hiện với mô phỏng của chúng) có khả năng mang tính đột phá:
Các cuộc khảo sát PHAT của Andromeda là một sự đầu tư lớn về thời gian, đòi hỏi sự biện minh và suy nghĩ cẩn thận. Mô phỏng mới này cho thấy việc quan sát tương đương có thể dễ dàng như thế nào đối với WFIRST.
Sau khi nó hoạt động, WFIRST sẽ dành một phần thời gian đáng kể để theo dõi hàng trăm ngàn thiên hà xa xôi cho các vụ nổ siêu tân tinh, có thể được sử dụng để nghiên cứu Năng lượng tối và sự mở rộng của Vũ trụ. Nó cũng sẽ sử dụng thời gian này để lập bản đồ hình dạng và sự phân bố của các thiên hà để hiểu rõ hơn về cách thức Vũ trụ phát triển trong gần 14 tỷ năm kể từ Vụ nổ lớn.
WFIRST cũng sẽ theo dõi độ sáng của hàng tỷ ngôi sao trong Dải Ngân hà để cảnh giác với các sự kiện vi điều khiển có thể xảy ra. Những điều này xảy ra khi các hành tinh đi qua giữa ngôi sao của chúng và người quan sát, tạm thời khuếch đại ánh sáng ngôi sao. Đưa ra độ phân giải cao, WFIRST dự kiến sẽ phát hiện nhiều hành tinh ngoại nhỏ, cách xa ngôi sao của chúng và các hành tinh bất hảo - do đó đóng vai trò quan trọng trong việc hoàn thành điều tra dân số của các ngoại hành tinh.
WFIRST cũng sẽ hoạt động như một người biểu diễn công nghệ bằng cách mang theo một vành, một công cụ được thiết kế để chặn ánh sáng của một ngôi sao để các hành tinh quay quanh nó có thể được chụp ảnh và mô tả trực tiếp. Trong một lần đầu tiên, dữ liệu được thu thập bởi WFIRST sẽ là truy cập mở và ngay lập tức có sẵn cho công chúng. Theo Dalcanton, đây là một trong những khía cạnh quan trọng nhất của nhiệm vụ.
Hàng ngàn tâm trí từ khắp nơi trên thế giới sẽ có thể suy nghĩ về dữ liệu đó và đưa ra những cách mới để sử dụng nó, cô nói. Ngay bây giờ, khó có thể đoán trước dữ liệu WFIRST sẽ mở khóa, nhưng tôi biết rằng càng nhiều người nhìn vào nó, tốc độ khám phá càng lớn.
Trên hết, nhiệm vụ WFIRST sẽ bổ sung cho các đài quan sát đã ở trong không gian. Chúng bao gồm NASA NASA Hubble và Kính viễn vọng không gian James Webb (cũng sẽ tiến hành các cuộc khảo sát rộng rãi trong vùng cận hồng ngoại), cũng như ESA Euclid nhiệm vụ - sẽ đo tốc độ vũ trụ mở rộng để xác định vai trò của Dark Matter và Dark Energy.
Như Karoline Gilbert, một nhà khoa học sứ mệnh của WFIRST tại Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian (STSI) ở Baltimore, Maryland, đã nói:
Với một trăm lần tầm nhìn của Hubble và khả năng khảo sát nhanh bầu trời, WFIRST sẽ là một công cụ khám phá cực kỳ mạnh mẽ. Webb, nhạy hơn 100 lần và có thể nhìn sâu hơn vào tia hồng ngoại, sẽ có thể quan sát các vật thể thiên văn hiếm gặp được WFIRST khám phá một cách chi tiết. Trong khi đó, Hubble sẽ tiếp tục cung cấp một cái nhìn độc đáo về ánh sáng quang học và tia cực tím phát ra từ các vật thể mà WFIRST phát hiện ra và Webb tiếp tục.
Những năm 2020 đang hình thành một thời gian rất thú vị cho các nhà thiên văn học và những người đam mê thám hiểm không gian. Ngoài các kính viễn vọng mặt đất và không gian thế hệ tiếp theo sẽ được đưa vào sử dụng, một số nhiệm vụ được định sẵn để đi tới Mặt trăng, tới Sao Hỏa và Hệ Mặt trời bên ngoài. Nếu những bí ẩn của Vũ trụ và tất cả những gì ẩn chứa bên trong nó có thể được ví như một củ hành, thì một vài lớp chắc chắn sẽ được bóc lại trong thập kỷ này!
Hình ảnh mô phỏng đang được trình bày tại cuộc họp lần thứ 235 của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ ở Honolulu, Hawaii.
