Nancy Grace Roman: teleskop NASA, który zobaczy kosmos na niespotykaną skalę

To połączenie ostrego obrazu i panoramicznego pola widzenia pozwoli Romanowi wielokrotnie obserwować wielkie połacie nieba znacznie sprawniej niż teleskop przeznaczony do badań pojedynczych celów. NASA szacuje, że w ciągu całego życia misji obserwatorium może zmierzyć światło pochodzące z około miliarda galaktyk.

Poszukiwanie odpowiedzi na temat ciemnej energii

Jednym z najważniejszych celów Romana będzie zbadanie ciemnej energii — tajemniczego składnika Wszechświata wiązanego z jego przyspieszającą ekspansją. Teleskop wykorzysta kilka niezależnych metod, m.in. pomiary rozkładu galaktyk, słabego soczewkowania grawitacyjnego oraz obserwacje supernowych typu Ia. Jasność i odległość tych wybuchających gwiazd pomogły wcześniej dostarczyć pierwszych dowodów na istnienie ciemnej energii.

Zestawienie tych pomiarów pozwoli sprawdzić, czy ciemna energia zachowuje się jak stała kosmologiczna, czy też zmienia się w czasie. Dane mogą również wskazać, czy na największych skalach grawitacja działa dokładnie tak, jak przewiduje ogólna teoria względności.

Jak Roman stworzy mapę ciemnej materii?

Ciemnej materii nie można obserwować bezpośrednio, ponieważ nie emituje ani nie odbija światła w sposób wykrywalny przez teleskopy. Jej obecność zdradza jednak wpływ grawitacyjny na widzialne obiekty.

Roman będzie analizował subtelne zniekształcenia kształtów odległych galaktyk. Powstają one, gdy światło przechodzi przez obszary, w których znajduje się materia — także ta niewidoczna. Pomiar tak zwanego słabego soczewkowania grawitacyjnego umożliwi tworzenie map rozmieszczenia ciemnej materii i badanie, jak struktury kosmiczne powstawały oraz rosły.

Około 100 tys. nowych planet?

Roman będzie obserwował gęsty centralny obszar Drogi Mlecznej, monitorując jasność setek milionów gwiazd. W tym celu wykorzysta mikrosoczewkowanie grawitacyjne.

Zjawisko pojawia się wtedy, gdy bliższa gwiazda — wraz z krążącymi wokół niej planetami — niemal idealnie ustawi się na tle dalszej gwiazdy. Grawitacja bliższego obiektu zakrzywia i wzmacnia światło odleglejszego, powodując krótkotrwaśne pojaśnienie. Dodatkowy sygnał może ujawnić obecność planety.

Metoda ta jest szczególnie cenna, ponieważ pozwala wykrywać chłodne planety krążące daleko od swoich gwiazd, a nawet światy swobodnie przemieszczające się po Galaktyce. Takich obiektów często nie da się łatwo znaleźć metodą tranzytów, stosowaną przez wiele innych przeglądów.

Według aktualnych materiałów NASA Roman może wykryć dzięki mikrosoczewkowaniu około 100 tys. planet. Nie należy więc bez zastrzeżeń powtarzać popularnej liczby 200 tys. — pojawia się ona w niektórych wcześniejszych lub niezależnych szacunkach, ale nie jest obecnie podstawową prognozą NASA.

Koronograf: technologia dla przyszłych misji

Drugim instrumentem będzie Coronagraph Instrument. Jego głównym zadaniem jest demonstracja technologii: koronograf ma ograniczać oślepiające światło gwiazdy, aby umożliwić bezpośrednie obrazowanie i spektroskopię wybranych dużych egzoplanet oraz dysków, w których mogą powstawać planety.

Nie będzie to jeszcze pełnoprawny spis planet podobnych do Ziemi. Testowane rozwiązania mogą jednak stać się podstawą przyszłych obserwatoriów, projektowanych z myślą o bezpośrednim badaniu potencjalnie zamieszkiwalnych światów.

Dokąd poleci Roman?

Po oddzieleniu od rakiety obserwatorium skieruje się w stronę punktu L2 układu Słońce–Ziemia. Ten obszar znajduje się około 1,5 mln km od Ziemi, po stronie przeciwnej względem Słońca. W pobliżu L2 Roman będzie krążył wokół Słońca, utrzymując użyteczne położenie względem Ziemi.

Dotarcie na miejsce i przygotowanie obserwatorium do pracy wymaga precyzyjnych manewrów. NASA zakończyła już tankowanie Romana: do zbiorników trafiło około 290 galonów hydrazyny, czyli mniej więcej 1100 litrów paliwa. Posłuży ono do korekt trajektorii po starcie oraz utrzymywania właściwego położenia podczas misji.

Nominalny czas działania teleskopu wynosi pięć lat, a celem jest przedłużenie misji do 10 lat.

Roman i Webb: duet, nie rywale

Roman nie ma zastąpić Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Oba obserwatoria zostały zoptymalizowane pod kątem innych zadań.

Roman będzie szybko przeglądał duże obszary nieba i wyszukiwał obiekty interesujące z punktu widzenia statystyki — np. rzadkie typy galaktyk, supernowe czy układy planetarne. Webb może następnie przyjrzeć się wybranym celom znacznie głębiej i dokładniej.

W praktyce Roman ma działać jak kosmiczny zwiadowca: najpierw stworzyć szeroką mapę i wskazać, gdzie warto skierować bardziej szczegółowe obserwacje Webba. Taki podział pracy pozwoli połączyć skalę wielkiego przeglądu nieba z wyjątkową czułością obserwacji pojedynczych obiektów.

Co warto skorygować w popularnych opisach misji?

Wokół Romana pojawiają się efektowne liczby, ale nie wszystkie mają takie samo oparcie w oficjalnych materiałach. NASA potwierdza pole widzenia co najmniej 100 razy większe niż w przypadku Hubble’a, a także szacunek około 100 tys. planet wykrytych metodą mikrosoczewkowania.

W dostępnych źródłach o najwyższym autorytecie nie znaleziono wystarczającego potwierdzenia dla dokładnych twierdzeń o 500 terabajtach danych rocznie ani o wykonaniu w miesiąc obserwacji, która Hubble’owi miałaby zająć stulecie. Najpewniejszy wniosek jest inny: Roman ma przede wszystkim zmienić skalę obserwacji — z pojedynczych, szczegółowo badanych celów na ogromne kosmiczne populacje.