Kolejny teleskop NASA poszukuje siły, która łamie prawa współczesnej fizyki

Astrofizycy mają poważny problem: kosmos rozszerza się w niewłaściwym tempie. Kiedy naukowcy mierzą tempo ekspansji wczesnego wszechświata, liczby po prostu nie zgadzają się z tym, co obserwujemy w erze nowożytnej.

Albo nasze obliczenia są fundamentalnie błędne, albo istnieje niewidzialna, dynamiczna siła, która aktywnie odkształca strukturę czasoprzestrzeni. Aby dowiedzieć się, o co chodzi, NASA wysyła potężny instrument optyczny w miejsce oddalone o milion mil od Ziemi.

Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman, którego start na pokładzie rakiety SpaceX Falcon Heavy zaplanowano na kwiecień 2026 roku, został zbudowany w celu zmapowania położenia setek milionów galaktyk. Jeśli znajdzie to, co podejrzewają naukowcy misji, będziemy świadkami koniecznej rewizji praw fizyki.

Kryzys tempa ekspansji kosmicznej

Główne napięcie leży w metryce zwanej stałą Hubble'a. Ma ona dokładnie wskazywać, jak szybko wszechświat się rozszerza, ale istniejące dane odmawiają współpracy.

Julie McEnery, główna naukowiec projektu Roman w NASA, zauważa, że teleskop został specjalnie zaprojektowany, aby zbadać tę rażącą rozbieżność. Mapując kosmiczną pajęczynę na przestrzeni miliardów lat, Roman sprawdzi, czy ciemna energia jest statyczną siłą tła, czy dynamicznym polem, które zmienia się w czasie.

Aby to osiągnąć, obserwatorium wykorzystuje główne zwierciadło o średnicy 2,4 metra. Jest ono dokładnie tej samej wielkości co zwierciadło w wiekowym teleskopie Hubble’a. Jednak Roman jest wyposażony w instrument Wide Field Instrument, który w jednym ujęciu rejestruje obraz 100 razy większy niż kamera podczerwieni Hubble’a.

Zamiast wpatrywać się w mały wycinek ciemności, Roman przeprowadzi masowy spis galaktyczny. Będzie śledził subtelne rozciąganie czasoprzestrzeni poprzez katalogowanie ruchów miliardów gwiazd i monitorowanie supernowych typu Ia.

Snajper i geodeta

NASA posiada już potężny teleskop podczerwony znajdujący się w punkcie libracyjnym L2 układu Ziemia-Słońce: Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Jednak obie maszyny zostały zbudowane do zupełnie innych zadań.

Przedstawiciele agencji opisują Webba jako snajpera, a Romana jako geodetę. Webb zagląda w stronę pierwszego światła wszechświata, aby uchwycić drobne szczegóły w niezwykle wąskim polu widzenia. Roman zarzuci ogromną sieć, znajdując rzadkie obiekty i pierwotne galaktyki, które Webb będzie mógł następnie zbadać z bliska.

Ponieważ tak szybko pokrywa tak duży obszar nieba, Roman wygeneruje ogromną ilość danych. Jamie Dunn, kierownik projektu w należącym do NASA Goddard Space Flight Center, zauważa, że teleskop będzie w zasadzie przesyłał ciągły, wysokiej rozdzielczości film z głębokiego wszechświata.

Blokowanie miliardkrotnie silniejszego blasku

Poza mapowaniem ciemnej energii, Roman został zaprojektowany do polowania na skaliste światy o masie Ziemi. Osiągnie to dzięki mikrosoczewkowaniu grawitacyjnemu – osobliwości fizyki, w której grawitacja gwiazdy znajdującej się na pierwszym planie działa jak potężna lupa dla światła gwiazdy znajdującej się daleko za nią.

Jeśli wokół tej pierwszej gwiazdy krąży planeta, wywołuje ona niewielki, charakterystyczny impuls w świetle. Pozwala to astronomom dostrzec planety krążące w odległościach podobnych do tych w naszym układzie słonecznym – co stanowi obecnie ogromną „martwą strefę” w katalogach egzoplanet.

Teleskop przenosi również wysoce eksperymentalny koronograf. Instrument ten został zaprojektowany tak, aby fizycznie blokować blask gwiazdy macierzystej miliardkrotnie, odsłaniając niezwykle słabe, odbite światło krążących wokół gazowych olbrzymów.

Jeśli koronograf zadziała, posłuży jako kluczowy dowód koncepcji dla nadchodzącego Habitable Worlds Observatory, przyszłej misji, której zadaniem będzie poszukiwanie chemicznych śladów życia na odległych egzoplanetach.

Pokonać klątwę sztandarowych projektów

Wielkoskalowe obserwatoria kosmiczne są notorycznie nękane przez dziesięciolecia opóźnień i miliardowe przekroczenia kosztów. Mimo to Roman jest obecnie na dobrej drodze, by dotrzymać okna startowego przed terminem.

Nicky Fox, szefowa Science Mission Directorate w NASA, przypisuje sukces rygorystycznemu podejściu typu „design-to-cost” oraz stałemu finansowaniu, co pozwoliło uniknąć typowych koszmarów rozwojowych nękających flagowe budowy.

Misja zawdzięcza swoją nazwę Nancy Grace Roman, pierwszej głównej astronom NASA. Znana powszechnie jako „Matka Hubble’a”, spędziła lata 60. i 70. na walce o to, by pierwsze duże teleskopy mogły wystartować. Pięćdziesiąt lat później teleskop noszący jej imię może wreszcie ustalić, z czego tak naprawdę składa się wszechświat.

Źródła

• NASA Goddard Space Flight Center
• NASA Science Mission Directorate