Το PRIMA είναι το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο που επέλεξε η NASA για να ανοίξει ένα από τα μεγαλύτερα σημερινά «τυφλά σημεία» της αστρονομίας. Αν περάσει την τελική αξιολόγηση της υπηρεσίας, θα παρατηρεί το Σύμπαν στο far-infrared, ένα τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος όπου αυτή τη στιγμή δεν λειτουργεί κανένα αντίστοιχο διαστημικό παρατηρητήριο.
Η αποστολή PRobe far-Infrared Mission for Astrophysics, όπως είναι η πλήρης ονομασία της, πέρασε στη Phase B και έχει στόχο εκτόξευσης το 2033 για μια αρχική πενταετή αποστολή. Η NASA έχει θέσει ανώτατο project cost στα 1,2 δισ. δολάρια, χωρίς να περιλαμβάνονται η εκτόξευση και ορισμένα άλλα έξοδα.
Το κενό ανάμεσα στο Webb και τα radio telescopes
Το James Webb Space Telescope έχει μεταμορφώσει την infrared astronomy, αλλά δεν βλέπει ολόκληρο το υπέρυθρο φάσμα.
Το Webb φτάνει μέχρι το mid-infrared, ενώ εγκαταστάσεις όπως το ALMA λειτουργούν σε πολύ μεγαλύτερα submillimeter και radio μήκη κύματος. Ανάμεσά τους υπάρχει μια ιδιαίτερα σημαντική περιοχή, το far-infrared, για την οποία σήμερα δεν υπάρχει ενεργό διαστημικό παρατηρητήριο πλήρους κλίμακας. Η ίδια η NASA χαρακτηρίζει το PRIMA ως τη γέφυρα ανάμεσα στις δυνατότητες του Webb και των radio telescopes.
Το νέο τηλεσκόπιο σχεδιάζεται να καλύπτει περίπου τα 24 έως 235 μικρόμετρα μέσω του φασματόμετρου FIRESS, ενώ το PRIMAger θα πραγματοποιεί imaging, spectrophotometry και polarimetry σε μεγάλο μέρος της ίδιας περιοχής.
Αυτό δεν είναι απλώς ένα διαφορετικό «χρώμα» του Σύμπαντος.
Είναι το φως στο οποίο ακτινοβολούν έντονα ψυχρά νέφη αερίου και σκόνης, πρωτοπλανητικοί δίσκοι και περιοχές όπου γεννιούνται άστρα.
Γιατί πρέπει να πάει στο Διάστημα
Το far-infrared είναι εξαιρετικά δύσκολο να παρατηρηθεί από τη Γη.
Οι υδρατμοί της ατμόσφαιρας απορροφούν μεγάλο μέρος αυτής της ακτινοβολίας, αφήνοντας μόνο συγκεκριμένα «παράθυρα» για επίγεια τηλεσκόπια. Προηγούμενες αποστολές όπως το ευρωπαϊκό Herschel και το αερομεταφερόμενο SOFIA της NASA είχαν προσφέρει σημαντικές παρατηρήσεις, αλλά δεν βρίσκονται πλέον σε λειτουργία.
Υπάρχει και ένα δεύτερο πρόβλημα: οτιδήποτε έχει θερμοκρασία εκπέμπει υπέρυθρη ακτινοβολία – ακόμη και το ίδιο το τηλεσκόπιο.
Για αυτό το PRIMA σχεδιάζεται να λειτουργεί εξαιρετικά κρύο. Ο καθρέφτης των 1,8 μέτρων θα ψύχεται περίπου στους 4,5 Kelvin, δηλαδή περίπου -269 βαθμούς Κελσίου, ενώ οι kinetic inductance detectors θα λειτουργούν σε ακόμη χαμηλότερες θερμοκρασίες.
Ο στόχος είναι το ίδιο το όργανο να παράγει τόσο λίγο θερμικό «θόρυβο», ώστε να μπορεί να ανιχνεύει τα εξαιρετικά αδύναμα far-infrared σήματα από το Διάστημα.
Από πού προέρχεται το νερό των πλανητών
Ένας από τους βασικούς στόχους του PRIMA αφορά κάτι πολύ κοντινό σε εμάς, το νερό.
Οι πλανήτες σχηματίζονται μέσα σε δίσκους αερίου και σκόνης γύρω από νεαρά άστρα. Ακόμη όμως δεν κατανοούμε πλήρως πώς κατανέμεται το νερό σε αυτούς τους δίσκους και πώς τελικά φτάνει σε πλανήτες που μπορεί να γίνουν κατοικήσιμοι.
Το PRIMA σχεδιάζεται να πραγματοποιήσει υψηλής ανάλυσης φασματοσκοπία περίπου 200 πρωτοπλανητικών δίσκων. Θα χαρτογραφήσει την κατανομή του νερού σε διαφορετικές θερμοκρασίες και θα μετρήσει τη συνολική μάζα αερίου, δίνοντας στους επιστήμονες πολύ πιο άμεση εικόνα για τις συνθήκες μέσα στις οποίες γεννιούνται οι πλανήτες.
Το ερώτημα δεν είναι απλώς «υπάρχει νερό;», αλλά πού βρίσκεται, σε ποια μορφή και αν οι μηχανισμοί σχηματισμού ενός πλανητικού συστήματος μπορούν να το μεταφέρουν προς περιοχές όπου δημιουργούνται βραχώδεις πλανήτες.
Γαλαξίες και μαύρες τρύπες μεγαλώνουν μαζί
Το δεύτερο μεγάλο πεδίο έρευνας αφορά τη σχέση ανάμεσα στους γαλαξίες και τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο κέντρο τους.
Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι η ανάπτυξη των δύο συνδέεται, αλλά οι λεπτομέρειες παραμένουν ασαφείς. Μεγάλο μέρος της δραστηριότητας κρύβεται πίσω από κοσμική σκόνη, η οποία μπλοκάρει το ορατό φως.
Το far-infrared μπορεί να αποκαλύψει ό,τι βρίσκεται από πίσω.
Το PRIMA θα μελετήσει επομένως τόσο τον σχηματισμό άστρων όσο και την ανάπτυξη μαύρων τρυπών κατά την περίοδο όπου η δημιουργία γαλαξιών στο Σύμπαν βρισκόταν στο αποκορύφωμά της.
Η ιστορία της κοσμικής σκόνης
Υπάρχει και ένα τρίτο θεμελιώδες ερώτημα. Το πρώιμο Σύμπαν αποτελούνταν σχεδόν αποκλειστικά από υδρογόνο και ήλιο. Ο άνθρακας, το οξυγόνο και τα βαρύτερα στοιχεία δημιουργήθηκαν αργότερα μέσα στα άστρα και διασκορπίστηκαν στο Διάστημα.
Μεγάλο μέρος αυτού του υλικού βρίσκεται στη μορφή κοσμικής σκόνης.
Μελετώντας τη σύνθεση και την εξέλιξη αυτής της σκόνης, το PRIMA θα επιχειρήσει να παρακολουθήσει πώς το Σύμπαν απέκτησε σταδιακά τα συστατικά από τα οποία σχηματίστηκαν πλανήτες – και τελικά η ζωή όπως τη γνωρίζουμε.
Η πρώτη αποστολή μιας νέας κατηγορίας
Το PRIMA έχει σημασία και για έναν ακόμη λόγο: είναι η πρώτη αποστολή που επιλέγεται στη νέα κατηγορία Probe Explorers της NASA.
Η κατηγορία δημιουργήθηκε ώστε να καλύψει το τεράστιο κενό ανάμεσα στις μικρότερες Explorer missions και στα πανάκριβα flagship observatories όπως το Webb. Η ιδέα είναι να μπορούν να πραγματοποιούνται φιλόδοξες αποστολές δισεκατομμυριαίας επιστημονικής αξίας χωρίς να απαιτείται κάθε φορά ένα πρόγραμμα κλίμακας James Webb.
Το PRIMA δεν έχει φτάσει ακόμη στο σημείο όπου η εκτόξευσή του μπορεί να θεωρηθεί δεδομένη. Οι μηχανικοί πρέπει τώρα να ολοκληρώσουν το preliminary design, να ωριμάσουν τις κρίσιμες τεχνολογίες και να αποδείξουν στη NASA ότι η αποστολή μπορεί να παραμείνει εντός κόστους και χρονοδιαγράμματος.
Αν όλα αυτά πετύχουν, όμως, το 2033 η αστρονομία μπορεί να αποκτήσει κάτι που της λείπει εδώ και χρόνια: ένα εξαιρετικά ευαίσθητο μάτι στραμμένο σε ένα κομμάτι του Σύμπαντος που το Webb απλώς δεν μπορεί να δει.
