A 2030-as évek közepére új ablak nyílhat a hideg, porba burkolózó Világegyetemre: a NASA addigra felbocsátaná a távoli infravörös tartományban működő új űrteleszkópját.
Az amerikai űrhivatal szeptember 23-án jelentette be, hogy a PRIMA (PRobe far-Infrared Mission for Astrophysics) űrtávcső tervét választotta ki Explorers programjának következő küldetéséhez. A döntés fontos hír az infravörös csillagászat számára, jelenleg ugyanis nincs kifejezetten a távoli infravörös tartományban való működésre tervezett űrobszervatórium. Ha minden a tervek szerint alakul, a PRIMA 2033-ban indulhat, és legalább öt éven át vizsgálhatja a csillag- és bolygókeletkezést, a galaxisok és fekete lyukaik fejlődését, valamint a kozmikus por, a nehéz elemek és a víz eredetét.
A PRIMA nemcsak tudományos céljai miatt figyelemre méltó. Ez lesz a NASA új Probe Explorers küldetésosztályának első képviselője. Ezt a kategóriát az amerikai csillagászati közösség 2020-as évtizedes előretekintő tanulmánya (Astro2020 Decadal Survey) javasolta, hogy betöltse a kisebb Explorer-programok és a sok milliárd dolláros zászlóshajó-küldetések közötti űrt.
A NASA 2024-ben két pályázót választott ki a részletes tanulmányok kidolgozására. Az egyik volt a PRIMA, a másik az Advanced X-ray Imaging Satellite (AXIS) röntgenobszervatórium terve. Mindkét csapat egy évet és 5 millió dollárt kapott a munkára. A végső értékelésben a tudományos érték mellett a megvalósíthatóságot, a költségeket, az ütemezést és azt is vizsgálták, hogy a kifejlesztett technológiák mennyiben segíthetik a későbbi nagy űrcsillagászati küldetéseket. A versenyből most a PRIMA került ki győztesként.
Fontos megjegyezni, hogy a mostani döntés még nem jelenti a végleges döntést az űrtávcső megépítésére. A PRIMA most a második fejlesztési szakaszba (Phase B) lép, amelyben tovább finomítják az előzetes terveket és a szükséges technológiákat. Egy későbbi felülvizsgálat dönti majd el, hogy készen áll-e a projekt a tényleges megvalósítási szakaszra (Phase C). Ha igen, a NASA a projekt költségeit 1,2 milliárd dollárban maximálja, ebbe azonban az indítás ára nem értendő bele.
A PRIMA egy 1,8 m átmérőjű, kriogén hűtésű távcsövet vinne magával. A tükröt a műszerekkel együtt rendkívül alacsony hőmérsékletre (4,5 kelvin) hűtik, különben a távcső saját hősugárzása elnyomná a rendkívül gyenge kozmikus infravörös jeleket. Az obszervatórium 24 és 235 μm közötti hullámhosszakon dolgozik majd. Ez egyrészt a James Webb-űrtávcső által lefedett közeli és középinfravörös tartomány, másrészt a földi rádió- és szubmilliméteres obszervatóriumok hullámhosszbeli lefedettsége között helyezkedik el. Az utóbbiak közül kiemelkedik az ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).
A PRIMA két fő műszert visz magával. A PRIMAger képalkotó polariméter nagy égterületeket tud majd feltérképezni, míg a FIRESS (Far-Infrared Enhanced Survey Spectrometer) nagy felbontású spektrométer az égitestek és a csillagközi anyag színképét vizsgálja. Az új, szupravezető detektortechnológia és a rendkívül alacsony működési hőmérséklet révén a PRIMA a korábbi távoli infravörös űrtávcsöveknél sokkal érzékenyebb lehet. Ilyen volt például a 2009 és 2013 között működött európai Herschel. Hozzá hasonlóan a PRIMA is Nap–Föld-rendszer külső, L2 Lagrange-pontja körüli pályán, a Földtől kb. másfél millió km távolságban, a Nappal átellenes oldalon fog keringeni.
A távoli infravörös tartomány egyik nagy előnye, hogy segítségével olyan hideg anyagot is vizsgálhatunk, amely látható fényben alig vagy egyáltalán nem észlelhető. A csillagok és bolygók születési helyeit például gyakran sűrű porfelhők takarják el. Maga a por azonban elnyeli a fiatal csillagok sugárzását, felmelegszik, majd energiájának jelentős részét éppen távoli infravörös sugárzásként bocsátja ki. A PRIMA így részletesen tanulmányozhatja majd a csillag- és bolygókeletkezési régiókat, valamint a protoplanetáris korongok kémiai összetételét. Az egyik alapvető kérdés az lesz, hogyan kerülnek a víz és más illékony anyagok a kialakuló bolygókra – végső soron tehát annak történetét is kutathatja, hogyan jelenhetett meg a víz a Földhöz hasonló bolygókon.
A másik nagy kutatási terület a galaxisfejlődés. A fiatal Világegyetemben számos galaxis intenzíven termelt csillagokat, miközben központi szupernagy tömegű fekete lyuka is gyorsan növekedett. Ezeket a folyamatokat gyakran hatalmas mennyiségű por takarja el az optikai távcsövek elől. A PRIMA azt vizsgálhatja majd, hogyan fejlődtek együtt a galaxisok, csillagaik és központi fekete lyukaik az Univerzum története során. A színképi mérésekből meghatározható lesz a csillagkeletkezés intenzitása, a csillagközi gáz fizikai állapota és kémiai összetétele, illetve az aktív galaxismagok szerepe. Emellett követhető lesz, hogyan gyarapodott a kozmikus por és a csillagokban előállított nehéz elemek mennyisége a Világegyetem fejlődése során.
A PRIMA igazi űrobszervatóriumként működne, vagyis nem csak egy előre rögzített tudományos programot hajtana végre. Megfigyelési idejének jelentős részére a szélesebb csillagászati közösség adhat majd be pályázatokat. A küldetést a kaliforniai Jet Propulsion Laboratory (JPL) irányítja majd, és a NASA Goddard és Marshall Űrközpontjai is részt vesznek benne. A projekt jelentős nemzetközi együttműködésben készül. A partnerek listáján szerepelnek a francia (CNES), az olasz (ASI), a német (DLR), a kanadai (CSA), a dél-koreai (KASI/KASA), a japán (JAXA) és a brit (UKSA) űrügynökségek is.
Kapcsolódó linkek:
NASA Selects Far-Infrared Telescope as First in New Mission Class (NASA)
PRIMA honlap (Caltech)
