Hogyan térképezi fel a NASA SPHEREx űrtávcsöve az egész eget 102 színben

Egy távcső, amely 102 infravörös árnyalatban látja az univerzumot

A legtöbb űrtávcső konkrét célpontokra fókuszál – egy távoli galaxisra, egy közeli csillagra, egyetlen ködre. A SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer – Spektro-fotométer az Univerzum történetéhez, a reionizáció korszakához és a jég feltérképezéséhez) épp az ellenkezőjét teszi. A 2025. március 12-én, egy SpaceX Falcon 9 rakétán felbocsátott NASA obszervatórium célja, hogy a teljes eget 102 infravörös színben fényképezze le egy kétéves elsődleges küldetés során, létrehozva a kozmosz eddigi legrészletesebb spektrális térképét.

Az eredmény nem csupán egy szép kép. A 102 hullámhossz mindegyike egyedi kémiai és fizikai információt hordoz, lehetővé téve a tudósok számára, hogy egyszerre három ambiciózus tudományos célt kövessenek: az ősrobbanás utóhatásainak feltárását, az élet építőköveinek keresését a csillagközi térben, és több százmillió galaxis háromdimenziós katalogizálását.

Hogyan működik a SPHEREx – A spektroszkópia találkozása a futószalaggal

Az űrhajó szívében egy szerény 20 centiméteres alumínium távcső található – nagyjából egy tányér átmérője –, amelyhez hat higany-kadmium-tellurid detektor tömb tartozik. A távcsövet sugárzással körülbelül 80 K (−193 °C)-ra hűtik, a detektorokat pedig még tovább, 55 K-re, hogy fel tudják venni a halvány infravörös jeleket anélkül, hogy az űrhajó saját hője zavarná őket.

A SPHEREx egy spektrofotometria nevű technikát használ. Ahelyett, hogy egyetlen szélessávú pillanatfelvételt készítene, ugyanazt az égszakaszt 102 alkalommal külön-külön lefényképezi, mindegyiket egy-egy különböző keskenysávú szűrőn keresztül. Képzeljük el úgy, mintha az univerzum minden egyes foltját 102 különböző színű lencsén keresztül fényképeznénk le. A szűrők a 0,75 és 5,0 mikrométer közötti hullámhosszakat fedik le, lefedve az emberi szem számára láthatatlan közeli infravörös fényt.

Ahogy az űrhajó pólusról pólusra kering, körülbelül 3600 képet készít naponta egy kör alakú sáv mentén. A Föld Nap körüli mozgása fokozatosan eltolja a látómezőt, így hat hónap elteltével a SPHEREx egyszer végigpásztázta a teljes eget. Kétéves küldetése során négy teljes égboltfelmérést végez, és minden egyes áthaladás javítja az adatok érzékenységét és pontosságát.

1. cél: Az ősrobbanás ujjlenyomatai

A kozmológia egyik legmélyebb kérdése, hogy mi történt az ősrobbanás utáni első másodperc töredékében. A vezető elmélet – a kozmikus infláció – azt feltételezi, hogy az univerzum egy trilliószor trilliószorosára tágult kevesebb, mint egy trilliomod trilliomod trilliomod másodperc alatt. Ennek a robbanásszerű növekedésnek finom statisztikai mintázatokat kellett hagynia abban, ahogyan a galaxisok eloszlanak a térben.

A SPHEREx több mint 450 millió galaxis helyzetét és távolságát fogja megmérni, létrehozva egy olyan nagy 3D-s térképet, amely elegendő az infláció versengő modelljeinek teszteléséhez. A felmérésben szereplő egyes galaxisok olyan távol vannak, hogy fényük 10 milliárd évet utazott, hogy elérje a távcsövet, betekintést nyújtva az univerzum mély múltjába.

2. cél: A csillagközi jég feltérképezése

A földi élet a víztől, a szén-dioxidtól és a szerves molekuláktól függ – és mindegyik megtalálható a csillagközi térben sodródó apró porszemcsékre fagyva. A SPHEREx infravörös látása kifejezetten a vízjég, a szén-dioxid jég, a szén-monoxid jég és a metanol kémiai jeleinek észlelésére van hangolva.

A korai eredmények már meg is érkeztek. Első évében a SPHEREx feltérképezte a csillagközi jeget a Tejútrendszer több mint 600 fényév széles régióiban, beleértve a turbulens Cygnus X csillagkeletkezési komplexumot. Ezek a „csillagközi gleccserek” óriási molekulafelhőkben találhatók, ahol új csillagok és bolygórendszerek születnek – ami azt jelenti, hogy a SPHEREx által nyomon követett jeges anyag végül a jövőbeli bolygók, óceánok és talán az élet részévé válhat.

3. cél: A galaxisok rejtett fénye

Az egyes galaxisokon túl a SPHEREx méri a kozmikus infravörös hátteret – az összes galaxis által kibocsátott kollektív fényt, beleértve azokat is, amelyek túl halványak vagy túl távoliak ahhoz, hogy egyenként megfigyelhetők legyenek. A háttérfény ingadozásainak elemzésével a tudósok olyan galaxishalmazokról szerezhetnek ismereteket, amelyeket soha nem észleltek közvetlenül, kitöltve a kozmikus történelem megértésében lévő hiányosságokat.

Miért fontos a SPHEREx

Míg a James Webb űrtávcső a mély, szűk megfigyelésekben jeleskedik az egyes célpontok esetében, a SPHEREx a mélységet szélességre cseréli. A teljes égboltot átfogó megközelítése azt jelenti, hogy minden csillagász – a kozmológusoktól a bolygótudósokig – kiaknázhatja a nyilvánosan közzétett adatait új felfedezésekhez. A küldetés már feltárt váratlan struktúrákat a csillagközi jég eloszlásában, és várhatóan évtizedekkel a végső felmérés befejezése után is új meglátásokat fog generálni.

Egy olyan űrhajó számára, amelynek tükre nem nagyobb, mint egy tányér, a SPHEREx a tudomány néhány legnagyobb kérdésére válaszol: Hogyan kezdődött az univerzum? Honnan származik a víz? És valójában hány galaxis van odakint?