Le télescope d'enquête infrarouge à champ large de la NASA (WFIRST), lancement prévu au milieu des années 2020, créera d'énormes panoramas cosmiques. Les utiliser, les astronomes exploreront tout, de notre système solaire aux confins de l'univers observable, y compris les planètes de notre galaxie et la nature de l'énergie noire.

Bien qu'il soit souvent comparé au télescope spatial Hubble, qui fête ses 30 ans cette semaine, WFIRST étudiera le cosmos de manière unique et complémentaire.

« WFIRST permettra des progrès scientifiques incroyables sur un large éventail de sujets, des populations stellaires et des planètes lointaines à l'énergie noire et à la structure des galaxies, " a déclaré Ken Carpenter, le scientifique du projet du système au sol WFIRST et le scientifique du projet des opérations Hubble au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Hubble a énormément contribué à notre compréhension dans ces domaines, mais WFIRST nous propulsera en avant en étudiant beaucoup plus d'objets dans le ciel."

Trente ans après son lancement, Hubble continue de nous fournir de superbes, images détaillées de l'univers. Quand WFIRST ouvre les yeux sur le cosmos, il générera des images beaucoup plus grandes tout en correspondant à la résolution infrarouge nette de Hubble.

Hubble ajoute à notre image de l'univers d'une manière que WFIRST ne peut pas en utilisant une vision ultraviolette qui capture les détails haute résolution, et en fournissant des fonctionnalités plus spécialisées pour une étude approfondie de la lumière émise par des objets individuels. WFIRST offre une capacité plus générale de couverture de vastes zones aux longueurs d'onde visibles et infrarouges.

Chaque image WFIRST capturera une partie du ciel plus grande que la taille apparente d'une pleine lune. les expositions les plus larges de Hubble, prise avec sa caméra avancée pour les sondages, sont près de 100 fois plus petits. Au cours des cinq premières années d'observations, WFIRST imagera plus de 50 fois plus de ciel que Hubble n'en a couvert jusqu'à présent en 30 ans.

Puisque la qualité sera la même, WFIRST fonctionnera comme une flotte de 100 Hubbles fonctionnant en synchronisation. Son large champ de vision permettra à WFIRST de mener des relevés cosmiques de grande envergure qui prendraient des centaines d'années à l'aide de Hubble. Les scientifiques utiliseront ces enquêtes pour étudier certains des mystères les plus convaincants de l'univers, y compris l'énergie noire, une force étrange qui accélère l'expansion de l'univers.

Hubble a joué un rôle majeur dans la découverte de l'énergie noire. En 1998, les astronomes ont mesuré la vitesse à laquelle l'univers s'étend en utilisant des télescopes au sol pour étudier des étoiles en explosion relativement proches, appelées supernovae. Ils ont fait la découverte surprenante que l'expansion de l'univers s'accélère. Les astronomes utilisant Hubble ont confirmé ce résultat en mesurant les supernovae sur une plus longue période de temps. Les données ont démontré que tandis que l'expansion de l'univers ralentissait comme prévu au cours de la majeure partie de l'histoire cosmique, il a commencé à s'accélérer il y a quelques milliards d'années.

Les scientifiques ont depuis déterminé que ce qui cause cette accélération représente actuellement environ 68% de la matière et de l'énergie totales de l'univers, mais pour l'instant nous n'en savons pas beaucoup plus. Découvrir la nature et le rôle de l'énergie noire sera l'un des principaux objectifs de WFIRST. Les scientifiques utiliseront trois enquêtes pour examiner le puzzle de l'énergie noire sous différents angles, y compris une étude d'un type clé de supernova, en s'appuyant sur les observations qui ont conduit à la découverte de l'énergie noire. Les deux grands relevés de la mission mesureront les formes de centaines de millions de galaxies et trouveront les distances jusqu'à des dizaines de millions. Cela transformera les images grand champ de WFIRST en cartes 3D qui mesureront l'expansion de l'univers et la croissance des galaxies en son sein.

WFIRST nous aidera à comprendre comment l'énergie noire a affecté l'expansion de l'univers dans le passé, qui fera la lumière sur la façon dont il peut influencer l'avenir du cosmos.

Un nouveau regard sur l'univers

Alors que Hubble regarde le cosmos dans l'infrarouge, lumière visible et ultraviolette, WFIRST sera réglé pour voir une gamme de lumière infrarouge légèrement plus large que celle que Hubble peut observer. La détection d'une plus grande partie du spectre de la lumière permet à Hubble de créer une image plus complète de nombreux processus à l'œuvre dans les objets individuels du cosmos. WFIRST est conçu pour développer spécifiquement les observations infrarouges de Hubble, parce que mener d'énormes relevés de l'univers infrarouge nous permettra de voir un grand nombre d'objets cosmiques et de processus plus subtils dans des régions de l'espace qui seraient autrement difficiles ou impossibles à visualiser.

WFIRST aidera à percer les mystères entourant l'énergie noire et l'évolution des galaxies en scrutant d'énormes étendues de l'univers, même plus loin que Hubble est capable de voir. Ces études nécessitent des observations infrarouges précises car la lumière se déplace vers des longueurs d'onde plus longues, de l'ultraviolet et du visible à l'infrarouge, car il parcourt de vastes distances astronomiques en raison de l'expansion de l'espace.

Les capacités infrarouges de WFIRST fourniront également une nouvelle vue sur les objets plus proches de la maison. Le cœur de notre galaxie de la Voie Lactée est densément peuplé de riches cibles, mais enveloppé de poussière qui obscurcit la lumière visible. En tant que télescope infrarouge, WFIRST utilisera essentiellement des lunettes de vision thermique pour regarder à travers la poussière, nous donnant une nouvelle vue sur le fonctionnement interne de la galaxie.

Ces observations permettront aux astronomes d'étudier l'évolution stellaire - les naissances, vies et morts des étoiles. WFIRST élargira également notre inventaire d'exoplanètes - des planètes en dehors de notre système solaire - en révélant des milliers de mondes qui, selon les astronomes, seront très différents de la plupart des 4, 100 maintenant connus. La plupart des exoplanètes actuellement connues sont soit très proches de leurs étoiles hôtes, ou de grandes planètes en orbite plus loin. Hubble a observé certaines de ces planètes directement à l'aide de coronographes, qui bloquent l'éblouissement des étoiles. WFIRST s'appuiera sur cette technologie pour créer un coronographe actif qui est bien meilleur pour supprimer la lumière des étoiles - une démonstration de technologie qui, quand plus avancé, permettra aux futurs télescopes spatiaux d'imager des exoplanètes de la taille de la Terre.

Zoom sur les raretés cosmiques

Les scientifiques utiliseront également les relevés cosmiques de WFIRST pour obtenir d'énormes échantillons de certains des objets les plus extrêmes de l'univers, y compris les quasars - galaxies actives avec des centres super brillants. La localisation précise de leurs emplacements permettra à Hubble et à d'autres télescopes de suivre des observations détaillées. Ces recherches permettront aux astronomes de reconstituer l'histoire de la croissance des galaxies et l'évolution de l'univers.

Pour rendre ces études possibles, WFIRST fonctionnera beaucoup plus loin de la Terre que Hubble. Alors que Hubble orbite à environ 340 milles au-dessus de nous, WFIRST sera situé vers 930, 000 miles (1,5 million de km) de la Terre dans la direction opposée au Soleil. A cet endroit spécial dans l'espace, appelé deuxième point de Lagrange Soleil-Terre, ou L2, les forces gravitationnelles du Soleil et de la Terre s'équilibrent pour maintenir les engins spatiaux sur des orbites relativement stables.

Près de L2, WFIRST orbitera autour du Soleil en synchronisation avec la Terre, en utilisant un pare-soleil pour bloquer la lumière du soleil et garder le vaisseau spatial au frais. La lumière infrarouge étant un rayonnement thermique, si WFIRST est réchauffé par le rayonnement de la Terre, le Soleil ou même ses propres instruments, il submergera les capteurs infrarouges. De ce point de vue, WFIRST peut visualiser de grandes étendues de ciel en douceur sur de longues périodes de temps.

Tapisseries énormes

Pour collecter le plus de lumière possible, les télescopes ont besoin de grands miroirs primaires. Étant donné que WFIRST et Hubble ont tous deux un miroir principal de 2,4 mètres (7,9 pieds) de diamètre, ils recueillent la même quantité de lumière. Alors que la même taille, Le miroir de WFIRST ne pèse qu'un quart du poids de celui de Hubble grâce aux avancées technologiques.

Avec la collection de lumière similaire de Hubble, résolution et un chevauchement des capacités infrarouges, cela peut aider à définir des attentes pour WFIRST. Par exemple, Hubble a produit une image panoramique de notre galaxie voisine d'Andromède dans le cadre du programme Panchromatic Hubble Andromeda Treasury (PHAT). Les scientifiques ont compilé l'image PHAT à partir de 7, 398 expositions prises en trois ans. WFIRST pourrait reproduire l'image PHAT de Hubble plus de 1, 000 fois plus rapide. Ce type d'observation révélera comment les étoiles changent avec le temps et influencent la galaxie dans laquelle elles résident.

Comme Hubble, WFIRST proposera également un programme d'observateur général pour soutenir la communauté astronomique, permettant aux scientifiques de tirer parti des capacités uniques de la mission en proposant de nouvelles, observations sélectionnées de manière compétitive. Comme pour Hubble, la poursuite d'enquêtes même non envisagées avant le lancement deviendra probablement le principal héritage de la mission WFIRST. L'ensemble des données WFIRST sera accessible au public dans les jours suivant leur prise, une première pour une mission phare d'astrophysique de la NASA. WFIRST disposera d'un solide programme de recherche d'archives pour permettre aux scientifiques de tirer pleinement parti de ces vastes ensembles de données.

WFIRST bénéficie de 30 années supplémentaires d'avancées technologiques majeures, cependant Hubble continuera à transformer notre compréhension de l'univers. Dans les années à venir, Les énormes relevés infrarouges de WFIRST révéleront des cibles intéressantes pour le suivi d'autres missions. Hubble peut voir les cibles dans des longueurs d'onde de lumière supplémentaires et fournira la seule vue haute résolution de l'univers ultraviolet. Le télescope spatial James Webb peut faire des observations détaillées qui vont encore plus loin dans l'infrarouge avec sa haute résolution, vue agrandie. La combinaison des découvertes de la WFIRST avec celles de Hubble et de Webb pourrait révolutionner notre compréhension dans une multitude de poursuites cosmiques.

"Les enquêtes de WFIRST n'exigent pas que nous sachions exactement où et quand chercher pour faire des découvertes passionnantes - nous ne serons pas limités à regarder sous le lampadaire cosmique, " a déclaré Julie McEnery de Goddard, le scientifique adjoint du projet WFIRST. "La mission allumera les projecteurs afin que nous puissions explorer l'univers d'une toute nouvelle manière."