Телескоп «Роман»: поле зрения в 100 раз шире, чем у «Хаббла»

Космический телескоп «Нэнси Грейс Роман» обладает полем зрения как минимум в 100 раз превышающим возможности инфракрасных приборов телескопа «Хаббл», что позволяет ему за одно наблюдение получать эквивалент 100 изображений качества «Хаббла». В то время как «Хаббл» предлагает глубокие виды космоса через «замочную скважину», широкоугольный инструмент (Wide Field Instrument) телескопа «Роман» способен за один снимок запечатлеть области, в 1⅓ раза превышающие размер полной Луны. Такой беспрецедентный масштаб позволит телескопу «Роман» за первые пять лет работы исследовать большую часть неба, чем «Хаббл» за более чем три десятилетия эксплуатации.

В настоящее время НАСА готовится к запуску этой обсерватории следующего поколения, переход которой с Земли в глубокий космос запланирован на конец 2026 года. Названная в честь доктора Нэнси Грейс Роман, первого главного астронома НАСА и «матери Хаббла», миссия специально разработана для решения величайших тайн современной физики: Темной материи и темной энергии. Картографируя крупномасштабную структуру Вселенной с панорамной точностью, «Роман» обеспечит статистическую мощность, необходимую для понимания того, почему расширение космоса ускоряется и как невидимая материя диктует формирование галактик.

Что представляет собой Основной обзор миссии НАСА «Роман»?

Основной обзор, официально известный как Высокоширотный широкоугольный обзор (High-Latitude Wide-Area Survey), является главной наблюдательной программой, в рамках которой космический телескоп «Нэнси Грейс Роман» будет картографировать сотни миллионов галактик на площади 5000 квадратных градусов неба. Охватывая примерно 12 процентов небесной сферы всего за 1,5 года, этот обзор сочетает в себе изображения высокого разрешения и спектроскопию для отслеживания космического расширения и распределения Темной материи на протяжении миллиардов световых лет.

Чтобы добиться максимально четкого обзора далекой Вселенной, обзор будет направлен «вверх» и «наружу» от пылевой плоскости Млечного Пути. Такой высокоширотный подход гарантирует, что свет от далеких галактик не будет заслонен местным межзвездным мусором. По словам Ryan Hickox, профессора Dartmouth College и сопредседателя комитета по разработке обзора, миссия позволит создавать глубокие 3D-изображения космоса. Эти трехмерные данные позволят исследователям измерить не только то, где находятся галактики, но и как далеко они расположены, создавая историческую летопись эволюции Вселенной от ее зарождения до наших дней.

Почему «Роман» называют «идеальным обзорным телескопом»?

Миссия НАСА «Роман» считается идеальным обзорным телескопом, поскольку она восполняет пробел между широкоугольными наземными обзорами и глубиной высокого разрешения космических телескопов. Он может запечатлеть миллионы галактик в одном сверхглубоком поле, создавая карты, на заполнение которых у других телескопов ушли бы столетия. Такая эффективность позволяет изучать Темную материю и космическое ускорение в статистическом масштабе, который ранее был невозможен в астрофизике.

Масштаб данных, которые будет производить «Роман», трудно представить, используя традиционные метрики. David Weinberg, профессор астрономии в Ohio State University, отмечает, что даже для одного изображения телескопа «Роман» потребовалась бы стена из 4K-телевизоров, чтобы отобразить его в полном разрешении. Для того чтобы показать весь Высокоширотный широкоугольный обзор целиком, потребовалось бы полмиллиона 4K-экранов — дисплей, достаточно большой, чтобы закрыть склон скалы Эль-Капитан в национальном парке Йосемити. Этот массивный набор данных необходим для выявления тонких закономерностей в космической паутине, которые раскрывают присутствие невидимых сил.

Декодирование темной Вселенной с помощью гравитационного линзирования

Слабое гравитационное линзирование служит одним из основных инструментов, которые «Роман» будет использовать для «взвешивания» невидимых компонентов космоса. Поскольку Темная материя не излучает и не отражает свет, ее можно обнаружить только по гравитационному влиянию на видимые объекты. Когда свет от далекой галактики проходит через скопление невидимой массы, гравитация этой массы искривляет пространство-время, искажая внешний вид галактики, подобно зеркалу в комнате смеха. Анализируя эти едва уловимые искажения в миллионах галактик, «Роман» создаст карту скрытого «каркаса» Вселенной с высоким разрешением.

Этот процесс «взвешивания теней» позволяет ученым увидеть, как Темная материя сгущается с течением времени. Если темная энергия — таинственная сила, движущая космическим ускорением, — окажется сильнее, чем предполагают текущие модели, она будет препятствовать росту этих сгустков, быстрее расталкивая материю. Способность телескопа «Роман» наблюдать за этим противоборством между гравитацией и темной энергией в разные эпохи космической истории предоставит важнейшие доказательства того, является ли темная энергия постоянным свойством пространства или динамическим полем, меняющимся со временем.

Роль сверхновых типа Ia в измерении расширения

Стандартные свечи, а именно сверхновые типа Ia, дополнят данные линзирования, чтобы обеспечить точное измерение скорости расширения Вселенной. Поскольку эти звездные взрывы обладают известной собственной яркостью, их видимая яркость с Земли точно говорит астрономам о том, как далеко они находятся. Измеряя красное смещение тысяч таких сверхновых, «Роман» реконструирует историю космического расширения с точностью, в десять раз превышающей возможности современных инструментов. Эта историческая летопись жизненно важна для понимания «космического ускорения», которое Вайнберг называет величайшей загадкой во всей физике.

• Визуализация: Фиксирует формы и положения 300 миллионов галактик.
• Спектроскопия: Измеряет химический состав и расстояние до миллионов галактик.
• Временная область: Следит за небом на предмет кратковременных событий, таких как сверхновые.
• Разрешение: Сохраняет четкость класса «Хаббла» в широком поле зрения.

Расширение переписи: экзопланеты и звездная археология

Гравитационное микролинзирование позволит миссии «Роман» провести масштабную перепись планет в нашей собственной галактике, включая те, что находятся далеко от своих звезд. Хотя основной целью обзора является космология, те же широкоугольные данные будут фиксировать редкие события, когда гравитация звезды или планеты на переднем плане действует как увеличительное стекло для более далекой звезды. Этот метод чувствителен к «холодным» планетам, подобным Юпитеру или Сатурну, а также к планетам-сиротам, которые странствуют в космосе без родительской звезды, обеспечивая полную картину планетарной демографии в Млечном Пути.

Кроме того, «Роман» станет инструментом для звездной археологии, изучая популяции звезд в близлежащих галактиках. Различая отдельные звезды в самых разных галактических средах, астрономы смогут воссоздать жизненные циклы галактик и историю звездообразования. Эта широкая функциональность гарантирует, что данные Высокоширотного широкоугольного обзора будут использоваться тысячами исследователей в различных областях астрономии — от тех, кто изучает мельчайшие коричневые карлики, до тех, кто исследует крупнейшие сверхскопления во Вселенной.

Заключение: новая эра открытий

Космический телескоп «Нэнси Грейс Роман» фундаментально изменит наше понимание тех 95% Вселенной, которые остаются невидимыми для наших нынешних инструментов. В то время как космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) предназначен для детального изучения конкретных целей, «Роман» обеспечивает контекст «общей картины», необходимый для поиска этих целей и понимания их места в космической паутине. Синергия между этими обсерваториями, наряду с наземными объектами, такими как обсерватория имени Веры Рубин, ознаменует золотой век космологии.

По мере приближения запуска миссии из NASA’s Kennedy Space Center научное сообщество готовится к лавине данных. «Идеальный обзор» — это не просто название; это символ перехода к астрономии больших данных, где одновременно отслеживаются миллиарды объектов. К концу своей основной миссии «Роман» предоставит окончательную карту космоса, потенциально разгадав тайну темной энергии и раскрыв истинную природу темной стороны нашей Вселенной.