SPHEREx brengt de hemel in kaart in 102 infraroodkleuren

Op 19 december 2025 kondigde NASA aan dat haar nieuwe ruimteobservatorium SPHEREx een opvallende eerste mijlpaal heeft bereikt: een scan van de volledige hemel vastgelegd in 102 afzonderlijke infraroodgolflengten. In slechts zes maanden aan wetenschappelijke werkzaamheden produceerde de missie niet één foto, maar een enorme stapel overlappende kaarten — waarbij elke golflengte andere fysieke en chemische kenmerken aan de hemel onthult, van de stoffige banen van ons sterrenstelsel tot de zwakke gloed van verre sterrenstelsels waarvan de posities informatie bevatten over het vroegste moment van de uitdijing van het universum.

Een telescoop van vele kleuren

SPHEREx — de Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer — werd ontworpen om iets ongebruikelijks te doen voor een ruimtetelescoop: een brede dekking combineren met een matige spectrale resolutie. In plaats van een handvol brede filters of één hogeresolutie-spectrograaf gericht op een klein stukje hemel, gebruikt SPHEREx zes detectoren en een set smalbandfilters, zodat elke opname 102 afzonderlijke golflengtemetingen registreert. Die technische keuze verandert elk beeld in een 102-kanaals datakubus, waardoor astronomen kunnen zien hoe verschillende materialen en temperaturen gloeien in het infrarood.

Die infrarode golflengten zijn onzichtbaar voor het oog, maar cruciaal voor de moderne astronomie. Koud stof, moleculaire ijsvormen en zwakke stervormingsgebieden zijn helder in het infrarood, zelfs wanneer optische telescopen niets zien. Terwijl SPHEREx ongeveer 14,5 keer per dag rond de aarde cirkelt, dagelijks stroken van de hemel scant en de baanmeetkunde de kijkstrook laat verschuiven terwijl de aarde om de zon beweegt, bouwde het in een half jaar tijd een dekking van de gehele hemelbol op. Wetenschappers van de missie hebben de meerkleurencapsule van het observatorium vergeleken met het hyperspectrale gezichtsvermogen van de bidsprinkhaankreeft — een compacte manier om over te brengen hoeveel meer informatie SPHEREx in één keer vastlegt.

Van een platte hemel naar een driedimensionale atlas

Een van de meest ingrijpende functies van de missie is het veranderen van een tweedimensionale hemelkaart in een driedimensionale atlas van het nabije en verre universum. Licht van verre sterrenstelsels wordt door de kosmische uitdijing uitgerekt naar langere golflengten — het bekende verschijnsel dat roodverschuiving wordt genoemd. Door te meten hoe het licht van een sterrenstelsel verschuift over vele smalle golflengtebanden, kan een schatting van de afstand worden gemaakt. De 102 metingen per bron van SPHEREx bieden veel meer spectraal detail dan gewone breedbandopnames, waardoor fotometrische roodverschuivingen veel nauwkeuriger worden voor honderden miljoenen sterrenstelsels.

Die diepte is niet louter academisch: het patroon van hoe sterrenstelsels zich in drie dimensies clusteren, volgt het webachtige geraamte dat door donkere materie is neergelegd en bevat minuscule variaties die werden ingeprent toen het universum in de eerste fracties van een seconde inflatie onderging. Kosmologen hopen dat SPHEREx zal helpen testen of de eenvoudige inflatiemodellen correct zijn, en of die primordiale quantumfluctuaties werkelijk de basis vormden voor de sterrenstelsels die we vandaag de dag zien. Simpel gezegd doet SPHEREx het kosmische equivalent van het meten van de gefossiliseerde rimpelingen van de geboorte van het universum.

De bevroren chemie van de Melkweg in kaart brengen

SPHEREx is niet alleen een instrument voor kosmologie. Een van de kerndoelen is het inventariseren van de ijsvoorraden in ons sterrenstelsel. Ijs van water, koolmonoxide en kooldioxide bedekt stofdeeltjes in koude moleculaire wolken en wordt later onderdeel van kometen, planeten en andere kleine lichamen. Door de karakteristieke spectrale vingerafdrukken van deze moleculen in het infrarood te detecteren, kan SPHEREx concentraties van de grondstoffen voor planeten en potentieel voor leven lokaliseren.

Omdat de missie elke zes maanden de hele hemel scant en meerdere volledige scans plant tijdens de tweejarige primaire missie, zal het een dynamisch beeld opbouwen van waar ijs geconcentreerd is en hoe die reservoirs evolueren. Die systematische inventarisatie van het hele sterrenstelsel is uniek en zal doelen opleveren voor vervolgonderzoek door faciliteiten met een hogere resolutie, die kunnen inzoomen om specifieke wolken, jonge sterrenstelsels of bezoekende interstellaire objecten te bestuderen.

Kosmologie: de vingerafdrukken van inflatie achterhalen

Inflatie — de veronderstelde ultrasnelle uitdijing van de ruimte in de eerste 10^-32 seconden na de oerknal — is een succesvol verklarend kader geweest, maar het is grotendeels theoretisch gebleven vanwege de moeilijkheid om het te verbinden met observeerbare verschijnselen in een later stadium. SPHEREx biedt een praktische manier om dat gat te dichten door de statistische verdeling van sterrenstelsels over enorme volumes in kaart te brengen. Die statistieken kunnen subtiele kenmerken onthullen, zoals afwijkingen van puur Gaussische verdelingen in het dichtheidsveld, die zouden terugverwijzen naar de fysica van inflatie.

SPHEREx zal geen enkel definitief antwoord geven; in plaats daarvan zal het een krachtige nieuwe dataset toevoegen aan de gereedschapskist van kosmologen. In combinatie met zorgvuldige modellering, onderzoeken naar zwaartekrachtlenzen en spectroscopische vervolgmetingen, kunnen de fotometrische roodverschuivingen van de missie voor honderden miljoenen sterrenstelsels de beperkingen voor inflatiemodellen en de aard van het geraamte van donkere materie dat de vorming van sterrenstelsels bepaalt, aanscherpen.

Hoe SPHEREx de vloot van observatoria aanvult

SPHEREx bevindt zich bewust tussen twee bekende observatiestrategieën in. Telescopen zoals de James Webb Space Telescope leveren extreem gedetailleerde spectra, maar alleen over zeer kleine gezichtsvelden; missies die de hele hemel bestrijken, zoals WISE, brachten de volledige hemel in kaart maar met veel minder kleuren. De niche van SPHEREx is die van een groothoek-spectrofotometer: een verkenner van de hemel die interessante objecten, chemische vingerafdrukken en driedimensionale structuren markeert zodat meer gerichte instrumenten deze kunnen bestuderen.

NASA en JPL benadrukken dat de gegevens van de missie bedoeld zijn als een bron voor de gemeenschap. De volledige dataset is openbaar gemaakt en de missie zal tijdens haar primaire fase nog minstens drie volledige hemelscans uitvoeren om ruis te verminderen en zwakkere kenmerken te onthullen. Het resultaat zal een groeiend, rijk gelaagd archief zijn waarin onderzoekers uit de astrofysica en planeetwetenschappen kunnen zoeken naar ontdekkingen waar het missieteam niet op had gerekend.

Vroege resultaten en toekomstige mogelijkheden

Zelfs in de eerste zes maanden heeft SPHEREx al opvallende valse-kleurenpanorama's geproduceerd die de emissie van sterren, heet waterstofgas en kosmisch stof isoleren. Het observatorium heeft objecten binnen ons eigen zonnestelsel waargenomen — waaronder de interstellaire komeet 3I/ATLAS — en zal gevoelig zijn voor kortstondige fenomenen zoals supernova's en flikkerende sterren. Die detecties van transiënte verschijnselen profiteren van het herhaalde ritme van de volledige hemelscans door SPHEREx.

In de komende jaren zouden de gelaagde kaarten van de missie ons beeld moeten verfijnen van hoe sterrenstelsels zich vormden, waar planeetvormend ijs zich bevindt en hoe de grootschalige structuur van het universum een afdruk bewaart van de vroegste fysica. De gegevens zullen ook een leidraad vormen voor kostbare vervolgmetingen met Webb en spectroscopen op de grond: SPHEREx kan de spelden in de hooiberg aanwijzen die de meest intensieve bestudering verdienen.

Bronnen

• NASA (SPHEREx mission briefings and press materials)
• Jet Propulsion Laboratory (SPHEREx project office)
• California Institute of Technology (Caltech)