NASA:s kommande rymdteleskop, spektrofotometern för universums historia, Epok av återjonisering och Ice Explorer, eller SPHEREx, är ett steg närmare lanseringen. Uppdraget har officiellt gått in i fas C, på NASA-språk. Det betyder att byrån har godkänt preliminära designplaner för observatoriet, och arbetet kan börja med att skapa en final, detaljerad design, samt att bygga hårdvara och mjukvara.

Hanteras av NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien, SPHEREx är planerad att lanseras tidigast i juni 2024 och senast i april 2025. Dess instrument kommer att upptäcka nära-infrarött ljus, eller våglängder flera gånger längre än ljuset som är synligt för det mänskliga ögat. Under sitt tvååriga uppdrag, det kommer att kartlägga hela himlen fyra gånger, skapa en enorm databas med stjärnor, galaxer, nebulosor (moln av gas och damm i rymden), och många andra himmelska föremål.

Ungefär lika stor som en subkompakt bil, rymdteleskopet kommer att använda en teknik som kallas spektroskopi för att bryta nära-infrarött ljus i sina individuella våglängder, eller färger, precis som ett prisma bryter solljuset i dess komponentfärger. Spektroskopidata kan avslöja vad ett föremål är gjort av, eftersom enskilda kemiska element absorberar och utstrålar specifika våglängder av ljus. Det kan också användas för att uppskatta ett objekts avstånd från jorden, vilket innebär att SPHEREx-kartan kommer att vara tredimensionell. SPHEREx kommer att vara det första NASA-uppdraget att bygga en helhimmelspektroskopikarta i nära-infrarött, och den kommer att observera totalt 102 nära-infraröda färger.

"Det är som att gå från svartvita bilder till färg; det är som att gå från Kansas till Oz, sa Allen Farrington, SPHEREx projektledare på JPL.

Innan du går in i fas C, SPHEREx-teamet genomförde framgångsrikt en preliminär designgranskning i oktober 2020. Under denna flerdagarsprocess, teamet var tvunget att visa för NASA:s ledning att de kan göra sitt komplexa, banbrytande uppdragsdesign verklighet. Vanligtvis, granskningen görs personligen, men med covid-19 säkerhetsåtgärder på plats, teamet fick anpassa sin presentation till ett nytt format.

"Det kändes som att vi producerade en film, sa Beth Fabinsky, SPHEREx biträdande projektledare på JPL. "Det var bara mycket tanke på produktionsvärdet, som att se till att animationerna vi ville visa skulle fungera över begränsad bandbredd."

Tre nyckelfrågor

SPHEREx vetenskapsteam har tre övergripande mål. Den första är att leta efter bevis på något som kan ha hänt mindre än en miljarddels miljarddels sekund efter den stora smällen. I den där delade sekunden, rymden i sig kan ha expanderat snabbt i en process som forskare kallar inflation. Sådana plötsliga ballonger skulle ha påverkat fördelningen av materia i kosmos, och bevis på det inflytandet skulle fortfarande finnas kvar idag. Med SPHEREx, forskare kommer att kartlägga positionen för miljarder galaxer över universum i förhållande till varandra, letar efter statistiska mönster orsakade av inflation. Mönstren kan hjälpa forskare att förstå fysiken som drev expansionen.

Det andra målet är att studera historien om galaxbildning, börjar med de första stjärnorna som tändes efter big bang och sträcker sig till dagens galaxer. SPHERex kommer att göra detta genom att studera det svaga sken som skapas av alla galaxer i universum. Glöden, vilket är anledningen till att natthimlen inte är helt mörk, varierar genom rymden eftersom galaxer hopar sig. Genom att göra kartor i många färger, SPHEREx-forskare kan räkna ut hur ljuset producerades över tiden och börja avslöja hur de första galaxerna ursprungligen bildade stjärnor.

Till sist, forskare kommer att använda SPHEREx-kartan för att leta efter vattenis och frusna organiska molekyler – byggstenarna för livet på jorden – runt nybildade stjärnor i vår galax. Vattenis klumpar på dammkorn i kyla, täta gasmoln i hela galaxen. Unga stjärnor bildas inuti dessa moln, och planeter bildas från skivor av överblivet material runt dessa stjärnor. Isar i dessa skivor kan så planeter med vatten och andra organiska molekyler. Faktiskt, vattnet i jordens hav började med största sannolikhet som interstellär is. Forskare vill veta hur ofta livsuppehållande material som vatten införlivas i unga planetsystem. Detta kommer att hjälpa dem att förstå hur vanliga planetsystem som vårt är i hela kosmos.

Flera uppdragspartners börjar bygga på olika hårdvaru- och mjukvarukomponenter för SPHEREx. Teleskopet som kommer att samla in nära-infrarött ljus kommer att byggas av Ball Aerospace i Boulder, Colorado. De infraröda kamerorna som fångar ljuset kommer att byggas av JPL och Caltech (som sköter JPL åt NASA). JPL kommer också att bygga solsköldarna som håller teleskopet och kamerorna svala, medan Ball kommer att bygga rymdfarkostbussen, som inrymmer sådana delsystem som strömförsörjning och kommunikationsutrustning. Mjukvaran som kommer att hantera uppdragsdata och göra den tillgänglig för forskare runt om i världen byggs på IPAC, ett vetenskaps- och datacenter för astrofysik och planetvetenskap vid Caltech. Kritisk markstödshårdvara för att testa instrumenten kommer att byggas av Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI), en vetenskapspartner på uppdraget i Daejeon, Sydkorea.

SPHEREx-teamet är planerat att spendera 29 månader på att bygga uppdragskomponenterna innan de går in i nästa uppdragsfas, när dessa komponenter kommer att sammanföras, testat, och lanserades.

SPHEREx hanteras av JPL för NASA:s Astrophysics Division inom Science Mission Directorate i Washington. Uppdragets huvudutredare, James Bock, har en gemensam position mellan Caltech och JPL. Den vetenskapliga analysen av SPHEREx-data kommer att utföras av ett team av vetenskapsmän placerade på 10 institutioner över hela USA, och i Sydkorea.