Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) готовит к запуску новый космический телескоп Nancy Grace Roman, который позволит астрономам исследовать Вселенную с беспрецедентным масштабом.
Обсерватория будет одновременно наблюдать огромные области неба, искать далекие экзопланеты и планеты-сироты, картировать распределение темной материи и изучать историю расширения Вселенной, чтобы приблизиться к разгадке природы темной энергии.
Запуск запланирован на воскресенье, 30 августа с космодрома NASA Kennedy Space Center во Флориде на ракете SpaceX Falcon Heavy. После выхода в космос Roman будет работать в окрестности второй точки Лагранжа (L2) системы Солнце — Земля. Это примерно 1,5 млн километров от нашей планеты, где условия стабильны благоприятны для наблюдения за далекими объектами планеты.
Телескоп назван в честь Нэнси Грейс Роман — первого главного астронома NASA, которая сыграла ключевую роль в развитии программы космических обсерваторий и подготовила почву для появления Hubble («Хаббл»).
Главное отличие Roman от многих предшественников — огромная площадь обзора. Хотя его главное зеркало имеет такой же диаметр, как у космического телескопа Hubble, — 2,4 метра, поле зрения Roman будет более чем в 100 раз шире.
Основной научный инструмент Roman - 300-мегапиксельная широкоугольная камера Wide Field Instrument (WFI) позволит получать изображения огромных участков неба с детализацией, сопоставимой с наблюдениями Hubble. Условно один снимок Roman охватит участок неба, для которого Hubble потребовалось бы 100 снимков.
Одной из основных задач миссии станет изучение темной энергии — загадочного компонента, который, как считается, отвечает за ускоренное расширение космоса.
Roman будет наблюдать миллионы галактик и сверхновых, исследуя историю расширения Вселенной и формирование ее крупномасштабной структуры.
Вторая важная задача миссии — поиск экзопланет. Телескоп будет использовать метод гравитационного микролинзирования, позволяющий обнаруживать планеты в очень широком диапазоне орбит — от тех, что проходят ближе к своей звезде, чем орбита Венеры, и вплоть до объектов, которые уже не связаны со своей звездой и свободно дрейфуют в межзвездном пространстве (так называемые планеты-сироты).
Ожидается, что миссия позволит обнаружить более тысячи новых экзопланет, в том числе небольших миров.
Третье направление — масштабная перепись Вселенной. Wide Field Instrument сможет собрать данные о свете примерно миллиарда галактик за все время миссии. Ученые рассчитывают получить огромный массив данных о галактиках, звездах и других космических объектах, чтобы искать экзопланеты и объекты для будущих наблюдений.
Основным прибором Roman станет Wide Field Instrument — широкоугольный инструмент, который позволит проводить масштабные обзоры неба в ближнем инфракрасном диапазоне. Он позволит одновременно изучать огромные области Вселенной и искать закономерности, которые невозможно увидеть при наблюдении небольших участков неба.
Второй прибор — коронограф, экспериментальная технологическая система для прямого наблюдения планет возле ярких звезд. Он будет блокировать слепящий свет звезды, чтобы сделать более заметным значительно более тусклый объект рядом с ней.
Технология должна помочь отработать методы, которые в будущем могут использоваться для изучения атмосфер потенциально обитаемых планет.
Новая обсерватория не заменит Hubble или космический телескоп James Webb («Джеймс Уэбб»), а дополнит их, расширив возможности наблюдения.
Hubble известен высокодетальными наблюдениями в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. James Webb благодаря значительно большему 6,5-метровому зеркалу специализируется на глубоких инфракрасных наблюдениях, включая изучение ранних галактик, звездообразования и экзопланет.
Roman имеет зеркало диаметром 2,4 метра, как у Hubble, и работает преимущественно в ближнем инфракрасном диапазоне. Его ключевое преимущество — не размер зеркала, а масштаб обзора.
Заместитель старшего научного руководителя проекта космического телескопа Roman Space Telescope в Центре космических полетов имени Годдарда NASA Джеффри Уолтер Крук в комментарии «Анадолу» отметил, что Roman похож на Hubble по чувствительности и угловому разрешению, однако отличается от него примерно в 100 раз большим полем зрения и предназначен для эффективного проведения обзорных наблюдений.
По его словам, скорость, с которой Roman сможет исследовать большие области неба, обычно примерно в 1000 раз выше, чем у Hubble. В отношении скорости обзора сравнение с James Webb выглядит примерно так же.
При этом Hubble и James Webb превосходят Roman по нескольким другим параметрам. Они наблюдают в значительно более широком диапазоне длин волн: Hubble — вплоть до дальнего ультрафиолета, а Webb — вплоть до дальнего инфракрасного диапазона. Кроме того, они оснащены значительно более мощными спектрографами, чем Roman. «Webb, конечно, обладает значительно большей чувствительностью и более высоким угловым разрешением, чем Roman», — сказал Крук.
Он подчеркнул, что все три обсерватории предназначены для решения разных научных задач, поэтому выбор конкретного телескопа зависит от особенностей научного исследования.
Roman оптимизирован для проведения широких обзоров неба. Благодаря этому он сможет обнаруживать редкие и интересные объекты, найти которые другими способами было бы чрезвычайно сложно.
«После этого Hubble и Webb станут идеальными инструментами для детального изучения таких объектов», — отметил ученый.
В первые годы работы Roman ученые рассчитывают получить предварительное представление о том, как выглядят планетные системы с планетами в области обитаемой зоны и за ее пределами.
Кроме того, обсерватория должна впервые позволить обнаружить изолированные черные дыры и нейтронные звезды Млечного Пути с помощью гравитационного микролинзирования. «Также должны появиться первые результаты о распределении различных популяций звезд в Млечном Пути и соседних галактиках, что, в свою очередь, даст ключи к пониманию того, как эти галактики формировались и эволюционировали», — сказал Крук.
При этом космологические результаты Roman и многие результаты по экзопланетам потребуют большей части данных, собранных за всю миссию, а также многих лет анализа. Поэтому они, вероятно, появятся позже — после первых нескольких лет работы.
Ученые также ожидают открытия совершенно новых для них явлений. «Это будет самым захватывающим из всего, но, разумеется, мы не можем предсказать, какими они будут!» — отметил Крук.
До сих пор исследования темной материи в значительной степени были ограничены изучением ее воздействия на галактики и скопления галактик.
Roman сможет наблюдать темную материю в огромных пространствах между скоплениями галактик — областях, которые было практически невозможно исследовать с помощью других инструментов. «Мы ожидаем, что темная материя распределена в виде гигантских нитей и листов, простирающихся между крупными скоплениями галактик», — пояснил Крук.
Наблюдения как на больших, так и на малых масштабах помогут проверить и усовершенствовать модели поведения темной материи.
Темная энергия оказывает противоположное воздействие по сравнению с темной материей: гравитация темной материи заставляет вещество объединяться в плотные, неоднородные структуры, в то время как темная энергия способствует его рассеиванию.
Взаимодействие темной материи и темной энергии определяет, как крупномасштабные структуры формируются и эволюционируют на протяжении истории Вселенной, а также влияет на общую историю ее расширения. «Наблюдая это взаимодействие на протяжении значительной части истории Вселенной, мы надеемся получить гораздо более точное представление о природе темной энергии, чем это было возможно до сих пор», — сказал ученый.
В частности, возможно, удастся определить, оставалась ли темная энергия постоянной или же менялась со временем.
Цель программы Roman по исследованию экзопланет — изучить свойства экзопланет, находящихся далеко от своих родительских звезд. В частности, ученые планируют измерить распределение их масс и расстояний от звезд, вокруг которых они обращаются.
Доступные до сих пор методы обнаружения экзопланет в основном чувствительны к планетам, находящимся близко к своим звездам — на расстояниях примерно до расстояния от Земли до Солнца.
«Мы знаем из нашей собственной Солнечной системы, что большинство планет находится значительно дальше от Солнца. Поэтому в наших знаниях о других планетных системах существует огромный пробел», — сказал Крук.
Заполнение этого пробела позволит понять, как устроены экзопланетные системы, а также значительно улучшит модели формирования и эволюции планетных систем.
Еще одной особенностью миссии станет открытый доступ к ее данным. «Все данные Roman будут сразу же доступны для общественности», — отметил Крук.
Проект Roman также предоставляет вычислительную среду и базовый набор инструментов, которые позволят исследователям и преподавателям со всего мира изучать данные телескопа.
Большая часть наблюдательного времени Roman будет посвящена обзорам с конкретными научными целями, однако программы наблюдений разработаны таким образом, чтобы получаемые данные были полезны для чрезвычайно широкого спектра астрофизических исследований.
Международное научное сообщество сможет самостоятельно анализировать данные Roman, а также объединять их с данными других исследовательских установок, к которым у ученых есть доступ, чтобы проводить любые интересующие их исследования.
«Данные Roman могут иметь особую ценность для преподавателей и образовательных учреждений по всему миру, поскольку мы предоставим базовый уровень вычислительной поддержки, снижая барьеры для начала работы с этими данными», - заключил Крук.
