Das SPHEREx-Observatorium der NASA hat die erste kosmische Karte erstellt, die in ihrer Art einzigartig ist. Das im März gestartete Weltraumteleskop SPHEREx hat seinen ersten Infrarot-Himmelskarte in 102 Farben abgeschlossen.

Diese 102 Infrarot-Wellenlängen, obwohl sie für das menschliche Auge unsichtbar sind, dominieren das Universum. Die Beobachtung des gesamten Himmels auf diese Weise ermöglicht es den Wissenschaftlern, wichtige Fragen zu beantworten.

Das Observatorium wird diese Farben nutzen, um die Entfernungen von hunderten Millionen Galaxien zu messen. Dazu gehört unter anderem, wie ein dramatisches Ereignis, das im ersten Billionstel eines Billionstels nach dem Urknall stattfand, die dreidimensionale Verteilung dieser Galaxien beeinflusste.

Darüber hinaus werden die Daten verwendet, um zu untersuchen, wie sich Galaxien über die 14 Milliarden Jahre Geschichte des Universums verändert haben, um mehr über die Verteilung der grundlegenden Lebensbestandteile in unserer eigenen Galaxie zu erfahren.

Shawn Domagal-Goldman, der Direktor des Astrophysik-Programms bei der NASA in Washington, sagte: „Es ist erstaunlich, wie viele Informationen SPHEREx in nur sechs Monaten gesammelt hat – Informationen, die besonders wertvoll sein werden, wenn sie zusammen mit den Daten anderer Missionen verwendet werden, um unser Universum besser zu verstehen.“

„Wir haben praktisch 102 neue Karten des gesamten Himmels, jede in einer anderen Wellenlänge mit einzigartigen Informationen über die beobachteten Objekte. Ich glaube, dass jeder Astronom hier etwas Wertvolles finden wird, da die Missionen der NASA der Welt helfen, grundlegende Fragen darüber zu beantworten, wie das Universum begann und wie es sich entwickelte, um schließlich ein Zuhause für uns zu schaffen.“

SPHEREx umrundet die Erde etwa 14,5 Mal pro Tag und bewegt sich von Nord nach Süd über die Pole. Jeden Tag werden rund 3.600 Bilder entlang eines zirkulären Streifens des Himmels aufgenommen. Während die Tage vergehen und der Planet sich um die Sonne bewegt, verschiebt sich auch das Sichtfeld von SPHEREx. Nach sechs Monaten hat das Observatorium in alle Richtungen des Raums geschaut und den gesamten Himmel in 360 Grad aufgezeichnet.

Die Mission, die vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Südkalifornien geleitet wird, begann im Mai mit der Kartierung des Himmels und vollendete im Dezember ihr erstes Mosaik des gesamten Himmels. Während ihrer zweijährigen Hauptmission wird sie drei weitere Scans des gesamten Himmels durchführen. Die Zusammenführung dieser Karten wird die Sensitivität der Messungen erhöhen. Das gesamte Datenset ist für Wissenschaftler und die Öffentlichkeit frei zugänglich.

„SPHEREx ist eine mittlere astrophysikalische Mission, die große wissenschaftliche Erkenntnisse liefert“, sagte Dave Gallagher, der Direktor des JPL. „Es ist ein beeindruckendes Beispiel dafür, wie wir mutige Ideen in Realität umsetzen und dabei enormes Potenzial für Entdeckungen freischalten.“

Teleskop mit „Superkräften“

Jede der 102 Farben, die SPHEREx erfassen kann, repräsentiert ein Infrarot-Lichtwellenlängen, wobei jedes Wellenlängen spezifische Informationen zu Galaxien, Sternen, Planetenbildung und anderen kosmischen Merkmalen bietet. Beispielsweise strahlen dichte Staubwolken in unserer Galaxie, wo Sterne und Planeten entstehen, in bestimmten Wellenlängen hell, emittieren aber in anderen kein Licht und sind somit vollständig unsichtbar.

Die Technik zur Zerlegung des Lichts einer Quelle in ihre grundlegenden Wellenlängen wird als Spektroskopie bezeichnet.

Obwohl einige vorherige Missionen ebenfalls den gesamten Himmel kartiert haben, wie der Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) der NASA, hat keine es in so vielen Farben wie SPHEREx getan. Im Gegensatz dazu kann das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA zwar Spektroskopie bei deutlich mehr Wellenlängen durchführen, hat jedoch ein Sichtfeld, das tausende Male kleiner ist. Die Kombination aus Farben und einem so weiten Sichtfeld macht SPHEREx so mächtig.

„Die Superkraft von SPHEREx besteht darin, den gesamten Himmel in 102 Farben etwa alle sechs Monate aufzuzeichnen. Das ist eine beeindruckende Menge an Informationen, die in kurzer Zeit gesammelt wird,“ sagte Beth Fabinsky, Projektleiterin des SPHEREx beim JPL. „Ich denke, das macht uns zu den „Gottesanbeterinnen“ der Teleskope, da wir ein erstaunliches, buntes optisches Ortungssystem besitzen und gleichzeitig einen sehr breiten Streifen unserer Umgebung wahrnehmen können.“

Um diese Leistung zu erreichen, nutzt SPHEREx sechs Detektoren, die jeweils mit einem speziell konstruierten Filter verbunden sind, der eine Skala von 17 Farben umfasst. Das bedeutet, dass jedes Bild, das mit diesen sechs Detektoren aufgenommen wird, 102 Farben enthält (sechs mal 17). Das bedeutet auch, dass jede Himmelskarte, die SPHEREx erstellt, tatsächlich 102 Karten ist, jede in einer anderen Farbe.

Das Observatorium wird diese Farben nutzen, um die Entfernungen von Hunderten von Millionen Galaxien zu messen. Obwohl die Positionen der meisten dieser Galaxien bereits in zwei Dimensionen von anderen Observatorien kartiert wurden, wird die Karte von SPHEREx dreidimensional sein und es den Wissenschaftlern ermöglichen, subtile Schwankungen in der Art und Weise zu messen, wie Galaxien im Universum verteilt und konzentriert sind.

Diese Messungen bieten Erkenntnisse über ein Ereignis, das im ersten Billionstel eines Billionstels nach dem Urknall stattfand. In diesem Moment, der als Inflation bezeichnet wird, dehnte sich das Universum um Billionen Billionen Mal aus. Seitdem hat nichts Vergleichbares im Universum stattgefunden, und die Wissenschaftler möchten es besser verstehen. Der Ansatz der SPHEREx-Mission ist ein Weg, um diese Bemühungen zu unterstützen.

Mehr über SPHEREx

Die Leitung der SPHEREx-Mission erfolgt durch das JPL für die Abteilung Astrophysik der NASA innerhalb der Direktion für wissenschaftliche Missionen in Washington. Das Teleskop und die Raumsonde wurden von BAE Systems gebaut. Die wissenschaftliche Analyse der SPHEREx-Daten wird von einem Team von Wissenschaftlern an zehn Institutionen in den USA sowie in Südkorea und Taiwan durchgeführt. Die Verarbeitung und Archivierung der Daten erfolgt im IPAC am Caltech in Pasadena, das vom JPL für die NASA betrieben wird. Der Hauptforscher der Mission hat seinen Sitz am Caltech mit einer gemeinsamen Ernennung im JPL. Der gesamte Datensatz von SPHEREx ist öffentlich zugänglich.