Imaginez une flotte de 100 télescopes spatiaux Hubble, déployé dans un réseau stratégique en forme d'envahisseur spatial à un million de kilomètres de la Terre, balayant l'univers à grande vitesse.

Avec le télescope d'enquête infrarouge à grand champ de la NASA, lancement prévu au milieu des années 2020, cette vision deviendra (effectivement) réalité.

WFIRST capturera l'équivalent de 100 images Hubble haute résolution en une seule prise de vue, imager de grandes zones du ciel 1, 000 fois plus rapide que Hubble. En quelques mois, WFIRST pourrait étudier autant le ciel en lumière proche infrarouge - avec autant de détails - que Hubble l'a fait au cours de ses trois décennies.

Elisa Quintana, Scientifique adjoint du projet WFIRST pour les communications au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, est convaincu que WFIRST aura le pouvoir de transformer l'astrophysique. "Pour répondre à des questions fondamentales telles que :quelle est la fréquence des planètes comme celles de notre système solaire ? Comment se forment les galaxies, évoluer, et interagir ? Comment et pourquoi exactement le taux d'expansion de l'univers a-t-il changé au fil du temps ? Nous avons besoin d'un outil qui puisse nous donner à la fois une vue large et détaillée du ciel. WFIRST sera cet outil."

Bien que WFIRST n'ait pas encore ouvert ses portes, yeux vifs sur l'univers, les astronomes exécutent déjà des simulations pour démontrer ce qu'il sera capable de voir et planifier leurs observations.

Cette image simulée d'une partie de notre galaxie voisine, Andromède (M31), fournit un aperçu de la vaste étendue et des détails fins qui peuvent être couverts avec un seul pointage de WFIRST. En utilisant des informations glanées à partir de centaines d'observations de Hubble, l'image simulée couvre une fauchée d'environ 34, 000 années-lumière de diamètre, mettant en valeur la lumière rouge et infrarouge de plus de 50 millions d'étoiles individuelles détectables avec WFIRST.

Bien que cela puisse sembler être un arrangement quelque peu aléatoire de 18 images distinctes, la simulation représente en fait un seul coup. Dix-huit détecteurs carrés, 4096 par 4096 pixels chacun, constituent l'instrument à champ large (WFI) de WFIRST et donnent au télescope sa fenêtre unique dans l'espace.

A chaque pointage, WFIRST couvrira une superficie d'environ 1⅓ fois celle de la pleine Lune. Par comparaison, chaque image infrarouge Hubble couvre une zone inférieure à 1% de la pleine Lune.

Les avantages de la vitesse

WFIRST est conçu pour collecter les mégadonnées nécessaires pour aborder des questions essentielles sur un large éventail de sujets, y compris l'énergie noire, exoplanètes, et l'astrophysique générale s'étendant de notre système solaire aux galaxies les plus éloignées de l'univers observable. Au cours de sa durée de vie prévue de 5 ans, WFIRST devrait amasser plus de 20 pétaoctets d'informations sur des milliers de planètes, des milliards d'étoiles, des millions de galaxies, et les forces fondamentales qui gouvernent le cosmos.

Pour des astronomes comme Ben Williams de l'Université de Washington à Seattle, qui a généré l'ensemble de données simulé pour cette image, WFIRST fournira une occasion précieuse de comprendre les grands objets proches comme Andromède, qui sont autrement extrêmement longs à imager car ils occupent une si grande partie du ciel.

"Nous avons passé les deux dernières décennies à obtenir des images à haute résolution dans de petites parties de galaxies proches. Avec Hubble, vous obtenez ces aperçus vraiment alléchants de systèmes proches très complexes. Avec WFIRST, tout d'un coup, vous pouvez tout couvrir sans passer beaucoup de temps, ", a déclaré Williams.

La capacité d'imager une zone aussi vaste fournira aux astronomes un contexte important nécessaire pour comprendre comment les étoiles se forment et comment les galaxies changent au fil du temps. Williams a expliqué qu'avec un champ large, "vous obtenez les étoiles individuelles, vous obtenez les structures dans lesquelles ils vivent, et les structures qui les entourent dans leur environnement."

Julianne Dalcanton de l'Université de Washington, qui a dirigé le programme Panchromatic Hubble Andromeda Treasury (PHAT) sur lequel les données simulées sont basées, croit également que la combinaison de capacités ultra-téléobjectif et super grand-angle de WFIRST sera révolutionnaire. "L'enquête PHAT d'Andromède a été un énorme investissement de temps, nécessitant une justification et une prévoyance minutieuses. Cette nouvelle simulation montre à quel point une observation équivalente pourrait être facile pour WFIRST." WFIRST a pu sonder Andromeda près de 1, 500 fois plus rapide que Hubble, construire un panorama du disque principal de la galaxie en quelques heures seulement.

La vitesse de levé extraordinaire de WFIRST est le résultat de son large champ de vision, son agilité, et son orbite. Williams a expliqué qu'en couvrant plus de zone dans un champ et en étant capable de changer de champ plus rapidement, "vous évitez tous ces frais généraux associés au repointage du télescope tant de fois." En outre, L'orbite de WFIRST à un million de kilomètres fournira une vue qui n'est généralement pas obstruée par la Terre. Alors que Hubble est souvent capable de collecter des données pendant seulement la moitié de son orbite terrestre basse à 350 milles, WFIRST pourra observer plus ou moins en continu.

Principaux programmes d'enquête

Parce qu'il peut collecter tellement de données détaillées si rapidement, WFIRST est idéal pour les grandes enquêtes. Une partie importante de la mission sera consacrée à la surveillance de centaines de milliers de galaxies lointaines pour les explosions de supernova, qui peut être utilisé pour étudier l'énergie noire et l'expansion de l'univers. Un autre programme majeur consistera à cartographier les formes et la distribution des galaxies afin de mieux comprendre comment l'univers, y compris les galaxies, matière noire, et l'énergie noire - a évolué au cours des 13 derniers milliards d'années.

WFIRST jouera également un rôle important dans le recensement des exoplanètes. En surveillant la luminosité de milliards d'étoiles de la Voie lactée, les astronomes s'attendent à capter des milliers d'événements de microlentille – de légères augmentations de luminosité qui se produisent lorsqu'une planète passe entre le télescope et une étoile lointaine. La capacité de WFIRST à détecter des planètes relativement petites ou éloignées de leurs propres étoiles, ainsi que des planètes voyous, qui ne gravitent autour d'aucune étoile - contribueront à combler des lacunes majeures dans notre connaissance des planètes situées au-delà de notre système solaire. Bien que la microlentille ne nous donne pas la possibilité de voir directement les exoplanètes, WFIRST portera également un coronographe, un instrument de démonstration technologique conçu pour bloquer suffisamment de lumière aveuglante des étoiles pour rendre possible l'imagerie directe et la caractérisation des planètes en orbite.

Ces grandes enquêtes devraient également révéler l'inattendu :étrange, phénomènes transitoires jamais observés auparavant. "Si vous couvrez une grande partie du ciel, tu vas trouver ces choses rares, " a expliqué Williams.

Données en libre accès

Élargir encore son impact potentiel, toutes les données collectées par WFIRST seront non exclusives et immédiatement accessibles au public. Dalcanton a souligné l'importance de cet aspect de la mission :« Des milliers d'esprits du monde entier vont pouvoir réfléchir à ces données et trouver de nouvelles façons de les utiliser. Il est difficile d'anticiper ce que les données WFIRST vont débloquer, mais je sais que plus nous avons de gens qui le regardent, plus le rythme de la découverte est rapide."

Compléter les autres observatoires

La combinaison de talents de WFIRST sera un complément précieux à ceux d'autres observatoires, dont Hubble et le télescope spatial James Webb. "Avec cent fois le champ de vision de Hubble, et la capacité d'observer rapidement le ciel, WFIRST sera un outil de découverte extrêmement puissant, " a expliqué Karoline Gilbert, Scientifique de la mission WFIRST au Space Telescope Science Institute de Baltimore, Maryland. "Webb, qui est 100 fois plus sensible et peut voir plus profondément dans l'infrarouge, pourront observer les rares objets astronomiques découverts par WFIRST dans les moindres détails. Pendant ce temps, Hubble continuera de fournir une vue unique sur la lumière optique et ultraviolette émise par les objets découverts par WFIRST, et Webb fait le suivi."

L'image simulée est présentée à la 235e réunion de l'American Astronomical Society à Honolulu, Hawaii.