このシミュレーションは、WFIRSTで何が見えるかを示しています

2025年に宇宙に行くと、 広視野赤外線調査望遠鏡 （WFIRST）史上最も強力な天文台となり、由緒ある ハッブル そして スピッツァー 宇宙望遠鏡。高解像度と広い視野のユニークな組み合わせに依存しているため、WFIRSTは100相当をキャプチャできます。 ハッブルシングルショットで高品質の画像と1,000倍の速度で夜空を調査します。

この重大なイベントに備えて、NASAのゴダード宇宙飛行センターの天文学者はシミュレーションを実行して、WFIRSTが何を見ることができるかを示し、観測を計画できるようにしています。 NASAのGoddard Space Flight Centerは、これがどのようになるかを視聴者にプレビューするために、隣接するアンドロメダ銀河（M31）の調査を行うWFIRSTをシミュレートするビデオを共有しています。

今週、ホノルルで開催された米国天文学会（ASS）の第235回会議で発表されたシミュレーションは、 ハッブル アンドロメダの何百もの観察の過程で。このようにして、シミュレーションにより、WFIRSTが1つの画像だけで提供できる広大で詳細なプレビューを視聴者に提供できます。

シミュレートされたショットは、34,000光年の空間領域をカバーし、5,000万個を超える個々の星の赤色光と赤外光を紹介します。この種のイメージング能力により、WFIRSTは、30年間でハッブルが行ったのと同じくらい詳細に、近赤外線スペクトルの空を数か月で調査することができました。

NASAのゴダード宇宙飛行センターのWFIRST通信副プロジェクトサイエンティストであるエリサキンタナは、WFIRSTが天体物理学に革命をもたらすと確信しています。最近のNASAのプレスリリースで彼女が述べたように：

「次のような基本的な質問に答えるために：太陽系のような惑星はどのくらい一般的ですか？銀河はどのようにして形成され、進化し、相互作用しますか？正確にどのように、そしてなぜ、宇宙の膨張率は時間とともに変化しましたか？空を広く詳細に表示できるツールが必要です。 WFIRSTがそのツールになります。」

シミュレーションに示されている18枚の画像は、WFIRSTがすべてのポインティングと画像ショットで見るものの正確な描写を表しています。それぞれが4096 x 4096ピクセルを測定する18個の検出器を使用すると、WFIRSTはおよそ1つの領域をカバーしますか？ポインティングごとに満月の倍–個々のハッブル画像は満月の面積の1％未満の面積をカバーします。

イメージング機能に加えて、WFIRSTが提供する並外れた調査速度もあり、これは広い視野の結果です。 1回のポインティングでより広いエリアを監視し、あるフィールドから別のフィールドにすばやく切り替えることができるため、ミッションチームは、新しいフィールドを調査するたびに再ポイントするという面倒なプロセスを実行する必要がなくなります。

もう1つの要因は、WFIRSTが占有する軌道です。これにより、通常は地球の邪魔にならないスペースのビューが提供されます。一方 ハッブル約560 km（350マイル）の低地球軌道（LEO）は、その軌道周期の半分のみのデータを収集できることが多かったことを意味し、WFIRSTは約160万km（100万マイル）の広い軌道になります。この距離では、ほぼ継続的に観測を行うことができます。

ワシントン大学シアトル校の天文学者であるベンウィリアムズは、この画像のシミュレーションデータセットの生成を担当しました。彼が説明したように、WFIRSTはAndromedaのような近くの大きなオブジェクトを理解する貴重な機会を提供します。

「私たちは過去数十年を費やして、近くの銀河の小さな部分で高解像度の画像を取得しました。ハッブルを使用すると、非常に複雑な近くのシステムのこれらの本当に魅力的な垣間見ることができます。 WFIRSTを使用すると、多くの時間を費やすことなく、突然すべてをカバーできます。」

基本的に、そのような広い領域の画像をキャプチャする機能は、星がどのように形成され、銀河が時間とともにどのように変化するかを理解するために必要なコンテキストを天文学者に提供します。基本的に、広い視野により、天文学者は個々の星や銀河だけでなく、それらが生息する構造や周囲の環境も研究することができます。

このレベルのテクノロジーと機能を自由に利用できるミッションコントローラーは、宇宙で大量のデータを収集することを楽しみにしています。 WFIRSTは、5年間の計画された使命を通じて、数千の惑星、数十億の星、数百万の銀河に関する20ペタバイト以上の情報を蓄積することが期待されています。このデータは、宇宙とそれを管理する法律の根本的な問題に取り組むために使用されます。

これには、宇宙の膨張が神秘的で目に見えない力（別名ダークエネルギー）によるものか、宇宙論的スケールでの一般相対性理論の崩壊によるものかが含まれます。宇宙に最初の銀河が現れたときと、その後どのように進化したか。そして、私たちの太陽系を超えた惑星（太陽系外惑星）が、生命を支えるのに十分な大気とその表面に必要な条件を持っているかどうか。

ワシントン大学の天文学の教授であるジュリアンダルカントンは、シミュレートされたデータに基づくパンクロマティックハッブルアンドロメダ財務省（PHAT）プログラムを率いていました。彼女が説明したように、WFIRSTの超望遠機能と超広角機能の組み合わせ（シミュレーションで実証）は、画期的な可能性を秘めています。

アンドロメダのPHAT調査は、多大な時間の投資であり、慎重な正当化と予測が必要でした。この新しいシミュレーションは、WFIRSTの同等の観測がいかに簡単かを示しています。」

WFIRSTはまた、コロナグラフを搭載することにより、テクノロジーのデモンストレーターとして機能します。コロナグラフは、星の光を遮り、それを周回する惑星を直接イメージングして特徴付けることができるように設計されています。もう1つは、WFIRSTによって収集されたデータはオープンアクセスであり、すぐに一般に公開されます。ダルカントンによれば、これはミッションの最も重要な側面の1つです。

「世界中の何千人もの心がそのデータについて考え、それを使用する新しい方法を考え出すことができるでしょう」と彼女は言った。 「WFIRSTデータが何をロック解除するかを予測することは困難ですが、私たちがそれを見る人が多いほど、発見のペースが速くなることを知っています。」

さらに、WFIRSTミッションは、すでに宇宙にある観測所を補完するものです。これらにはNASAの ハッブル そしてその ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡 （これも近赤外線で広範な調査を実施します）、ESAの ユークリッド ミッション–ダークマターとダークエネルギーが果たす役割を決定するために宇宙が拡大している速度を測定します。

メリーランド州ボルチモアにある宇宙望遠鏡科学研究所（STSI）のWFIRSTミッション科学者であるKaroline Gilbertは次のように述べています。

「ハッブルの100倍の視野と、空をすばやく調査する機能を備えたWFIRSTは、非常に強力な発見ツールになります。 100倍感度が高く、赤外線をより深く見ることができるWebbは、WFIRSTによって発見された珍しい天体を非常に詳細に観察することができます。一方、ハッブルは、WFIRSTが発見した物体から放出される光学および紫外光を独自の視点で提供し続け、ウェッブがフォローアップします。」

2020年代は、天文学者や宇宙探査愛好家にとって非常にエキサイティングな時期になりつつあります。サービスを開始する次世代の地上望遠鏡と宇宙望遠鏡の他に、多くのミッションが月、火星、および太陽系の外に向かう運命にあります。宇宙とその中にあるすべての謎がタマネギに例えることができれば、この10年間でいくつかの層が剥がれることは間違いありません。

シミュレートされた画像は、ハワイ州ホノルルで開催された第235回アメリカ天文学会で発表されています。