SPHEREx mapuje niebo w 102 kolorach podczerwieni

19 grudnia 2025 r. NASA ogłosiła, że jej nowe obserwatorium kosmiczne SPHEREx ukończyło przełomowy pierwszy etap: przegląd całego nieba zarejestrowany w 102 różnych długościach fal podczerwonych. W ciągu zaledwie sześciu miesięcy operacji naukowych misja stworzyła nie jedno zdjęcie, lecz obszerny stos nakładających się na siebie map – każda długość fali ujawnia inne cechy fizyczne i chemiczne nieba, od zapylonych pasm naszej galaktyki po słaby blask odległych galaktyk, których położenie niesie informacje o najwcześniejszym momencie ekspansji wszechświata.

Teleskop o wielu barwach

SPHEREx — Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer — został zaprojektowany, aby robić coś niezwykłego jak na teleskop kosmiczny: łączyć szeroki zasięg z umiarkowaną rozdzielczością spektralną. Zamiast kilku szerokich filtrów lub jednego spektrografu o wysokiej rozdzielczości skierowanego na maleńki skrawek nieba, SPHEREx wykorzystuje sześć detektorów i zestaw filtrów wąskopasmowych, dzięki czemu każda ekspozycja rejestruje 102 oddzielne pomiary długości fal. Ten wybór techniczny zmienia każdy obraz w 102-kanałową kostkę danych, pozwalając astronomom dostrzec, jak różne materiały i temperatury promieniują w podczerwieni.

Te długości fal podczerwonych są niewidoczne dla oka, ale kluczowe dla współczesnej astronomii. Zimny pył, lody molekularne i słabe obszary gwiazdotwórcze są jasne w podczerwieni, nawet gdy teleskopy optyczne nic nie widzą. Gdy SPHEREx okrąża Ziemię około 14,5 raza dziennie, skanując codzienne pasy nieba i pozwalając geometrii orbity przesuwać pas obserwacji w miarę ruchu Ziemi wokół Słońca, w ciągu pół roku stworzył on obraz całej sfery niebieskiej. Naukowcy misji porównali wielobarwne możliwości obserwatorium do hiperspektralnego wzroku krewetki modliszkowej — co w zwięzły sposób oddaje, jak wiele więcej informacji SPHEREx rejestruje naraz.

Od płaskiego nieba do trójwymiarowego atlasu

Jedną z najważniejszych funkcji misji jest przekształcenie dwuwymiarowej mapy nieba w trójwymiarowy atlas pobliskiego i odległego wszechświata. Światło z odległych galaktyk jest rozciągane do dłuższych fal przez ekspansję kosmiczną — zjawisko znane jako przesunięcie ku czerwieni (redshift). Pomiar tego, jak światło galaktyki przesuwa się w wielu wąskich pasmach długości fal, pozwala oszacować jej odległość. 102 pomiary SPHEREx na każde źródło dostarczają znacznie więcej szczegółów spektralnych niż zwykłe obrazowanie szerokopasmowe, dzięki czemu fotometryczne przesunięcia ku czerwieni stają się znacznie bardziej precyzyjne dla setek milionów galaktyk.

Ta głębia nie ma jedynie charakteru akademickiego: wzorzec grupowania się galaktyk w trzech wymiarach odwzorowuje sieć, którą położyła ciemna materia, i koduje maleńkie wariacje odciśnięte, gdy wszechświat pęczniał w pierwszych ułamkach sekundy. Kosmolodzy mają nadzieję, że SPHEREx pomoże sprawdzić, czy proste modele inflacyjne są poprawne i czy te pierwotne fluktuacje kwantowe rzeczywiście stały się zalążkiem galaktyk, które widzimy dzisiaj. Mówiąc najprościej, SPHEREx wykonuje kosmiczny odpowiednik pomiaru skamieniałych zmarszczek z narodzin wszechświata.

Kartowanie mroźnej chemii Drogi Mlecznej

SPHEREx to nie tylko instrument do badań kosmologicznych. Jednym z jego głównych celów jest inwentaryzacja lodów w naszej galaktyce. Lody wody, tlenku węgla i dwutlenku węgla pokrywają ziarna pyłu w zimnych obłokach molekularnych, a później stają się częścią komet, planet i innych małych ciał. Wykrywając charakterystyczne sygnatury spektralne tych cząsteczek w podczerwieni, SPHEREx może zlokalizować skupiska surowców potrzebnych do powstawania planet i potencjalnie życia.

Ponieważ misja przegląda całe niebo co sześć miesięcy i planuje kilka pełnych przeglądów nieba podczas swojej dwuletniej misji podstawowej, zbuduje ona dynamiczny obraz tego, gdzie koncentrują się lody i jak ewoluują te zasoby. Ten systematyczny przegląd całej galaktyki jest unikalny i wskaże cele do dalszych badań dla instrumentów o wyższej rozdzielczości, które będą mogły przyjrzeć się konkretnym obłokom, młodym układom gwiezdnym lub odwiedzającym nas obiektom międzygwiezdnym.

Kosmologia: w poszukiwaniu odcisków palców inflacji

Inflacja — hipotetyczna ultra-szybka ekspansja przestrzeni w ciągu pierwszych 10^-32 sekundy po Wielkim Wybuchu — okazała się skutecznym modelem wyjaśniającym, ale pozostała w dużej mierze teoretyczna ze względu na trudność w powiązaniu jej z obserwowalnymi zjawiskami z późniejszych epok. SPHEREx oferuje praktyczny sposób na wypełnienie tej luki poprzez mapowanie statystycznego rozkładu galaktyk w ogromnych objętościach. Te statystyki mogą ujawnić subtelne cechy, takie jak odstępstwa od czysto gaussowskich rozkładów w polu gęstości, które wskazywałyby na fizykę inflacji.

SPHEREx nie dostarczy jednej, ostatecznej odpowiedzi; raczej doda potężny nowy zestaw danych do narzędzi kosmologów. W połączeniu z dokładnym modelowaniem, przeglądami soczewkowania grawitacyjnego i badaniami spektroskopowymi, fotometryczne przesunięcia ku czerwieni dla setek milionów galaktyk uzyskane w ramach misji mogą zaostrzyć ograniczenia dla modeli inflacyjnych i natury ciemnej materii, która kształtuje formowanie się galaktyk.

Jak SPHEREx uzupełnia flotę obserwatoriów

SPHEREx celowo plasuje się pomiędzy dwiema znanymi strategiami obserwacyjnymi. Teleskopy takie jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dostarczają niezwykle szczegółowych widm, ale tylko na maleńkich polach widzenia; misje całego nieba, takie jak WISE, objęły cały nieboskłon, ale w znacznie mniejszej liczbie barw. Niszą SPHEREx jest bycie szerokokątnym spektrofotometrem: zwiadowcą nieba, który oznacza interesujące obiekty, sygnatury chemiczne i struktury trójwymiarowe do bardziej szczegółowych badań przez wyspecjalizowane instrumenty.

NASA i JPL podkreślają, że dane z misji mają być zasobem dla całej społeczności naukowej. Pełny zestaw danych został udostępniony publicznie, a misja wykona co najmniej trzy kolejne pełne przeglądy nieba podczas swojej podstawowej fazy operacyjnej, aby zredukować szumy i ujawnić słabsze obiekty. Rezultatem będzie rosnące, bogate w warstwy archiwum, które badacze z dziedziny astrofizyki i nauk planetarnych będą mogli przeszukiwać w celu dokonania odkryć, których zespół misji nie przewidział.

Wczesne wyniki i przyszłe możliwości

Już w ciągu pierwszych sześciu miesięcy SPHEREx stworzył uderzające panoramy w fałszywych barwach, które izolują emisję gwiazd, gorącego wodoru i pyłu kosmicznego. Obserwatorium zaobserwowało obiekty wewnątrz naszego Układu Słonecznego — w tym kometę międzygwiezdną 3I/ATLAS — i będzie czułe na zjawiska przejściowe, takie jak supernowe i gwiazdy rozbłyskowe. Wykrywanie tych zjawisk ułatwia powtarzalny cykl przeglądów całego nieba przez SPHEREx.

W nadchodzących latach warstwowe mapy misji powinny doprecyzować nasz obraz tego, jak formowały się galaktyki, gdzie znajdują się lody tworzące planety oraz jak wielkoskalowa struktura wszechświata zachowuje odcisk jego najwcześniejszej fizyki. Dane te będą również stanowić przewodnik dla kosztownych badań uzupełniających z wykorzystaniem teleskopu Webba i naziemnych spektrografów: SPHEREx może wskazać igły w stogu siana, które zasługują na najbardziej intensywne badania.

Źródła

• NASA (briefingi misji SPHEREx i materiały prasowe)
• Jet Propulsion Laboratory (biuro projektu SPHEREx)
• California Institute of Technology (Caltech)