Nancy Grace Roman: що досліджуватиме новий космічний телескоп NASA

Панорамний огляд замість точкового спостереження

Hubble і космічний телескоп James Webb чудово підходять для детального вивчення окремих галактик, зір або планетних систем. Roman натомість створений для іншого завдання: швидко та багаторазово спостерігати величезні ділянки неба.

Його Wide Field Instrument — камера приблизно на 300 мегапікселів — дасть змогу вимірювати світло приблизно мільярда галактик за час роботи місії. Такий масштаб важливий не лише для красивих знімків: він дає астрономам статистику, необхідну для перевірки космологічних моделей.

Як телескоп досліджуватиме темну енергію

Темна енергія — назва для явища, пов’язаного з прискореним розширенням Всесвіту. Вчені досі не знають, чи є вона сталою властивістю самого простору, чи свідчить про неповноту сучасної теорії гравітації.

Roman вивчатиме це питання одразу кількома способами:

• вимірюватиме розподіл галактик і те, як він змінюється з відстанню;
• спостерігатиме наднові типу Ia, які використовують як індикатори космічних відстаней;
• аналізуватиме слабке гравітаційне лінзування — невеликі викривлення форм далеких галактик під дією маси на передньому плані;
• порівнюватиме темпи розширення Всесвіту зі швидкістю формування великомасштабної структури.

Ці вимірювання допоможуть перевірити, чи поводиться темна енергія як космологічна стала, або ж на космічних масштабах можуть проявлятися відхилення від загальної теорії відносності.

Карта невидимої темної матерії

Темна матерія не випромінює світла, тому безпосередньо її побачити неможливо. Однак її гравітація викривляє світло далеких об’єктів. Вимірюючи крихітні зміни форми сотень мільйонів галактик, Roman допоможе створити карти розподілу темної матерії.

У поєднанні з даними про скупчення галактик, їхні відстані та рух ця інформація покаже, як формувалася структура Всесвіту. Саме тут широке поле зору Roman стане особливо корисним: телескоп зможе досліджувати не поодинокі об’єкти, а цілі популяції галактик.

Полювання на екзопланети за допомогою гравітації

Одним із головних завдань Roman стане пошук планет за межами Сонячної системи. Для цього телескоп спостерігатиме центральну ділянку Чумацького Шляху, де розташовані сотні мільйонів зірок.

Основним методом буде гравітаційне мікролінзування. Коли ближча зоря проходить майже перед далекою з нашої точки спостереження, її гравітація тимчасово підсилює світло далекої зорі. Якщо біля ближчої зорі є планета, вона створює додатковий короткий спалах яскравості.

Цей метод дає змогу знаходити холодні планети на далеких орбітах, а також планети-сироти, які можуть мандрувати галактикою без власної зорі. Тобто Roman доповнить транзитні огляди, що найкраще виявляють планети, коли вони проходять перед диском своєї зорі. NASA наразі очікує близько 100 000 планет, знайдених методом мікролінзування.

Коронаграф: технологія для майбутніх місій

Roman також матиме Coronagraph Instrument — коронаграфічний інструмент, призначений передусім для технологічної демонстрації.

Коронаграф блокуватиме частину яскравого світла зорі, щоб слабше світіння планети поруч не губилося в її відблиску. Завдяки цьому інструмент зможе безпосередньо отримувати зображення та спектри окремих великих екзопланет і дисків, у яких формуються планети.

Це не повноцінний перепис населених світів і не пошук ознак життя сам по собі. Головна мета — перевірити складні технології придушення зоряного світла, які можуть знадобитися майбутнім місіям для вивчення потенційно придатних до життя планет.

Підготовка до запуску та технічні параметри

Номінальний термін роботи Roman становить п’ять років, а довгострокова мета місії — десять років. Одним із важливих етапів підготовки стало заправлення телескопа приблизно 290 галонами гідразину, тобто близько 1 100 літрами палива, у Космічному центрі Кеннеді. Після відокремлення від ракети воно використовуватиметься для корекції траєкторії та підтримання положення обсерваторії біля L2.

За технічними даними NASA, телескоп розрахований на роботу в точці Сонце—Земля L2, а його швидкість передавання даних на Землю становитиме приблизно 250–500 Мбіт/с. Очікуваний обсяг наукових даних — близько 11 терабітів на добу.

Roman і James Webb: не конкуренти

Roman не замінить James Webb і не змагатиметься з ним за ті самі спостереження. Ці обсерваторії мають різні сильні сторони.

Roman оптимізований для широких, систематичних оглядів і пошуку великих вибірок об’єктів у ближньому інфрачервоному діапазоні. Webb може проводити значно глибші та детальніші спостереження окремих цілей.

Тому Roman працюватиме як своєрідний космічний розвідник: він допоможе знайти рідкісні галактики, наднові або планетні системи, які потім можна буде детально дослідити за допомогою Webb. NASA також планує робити наукові дані Roman відкритими для всіх без періоду обмеженого доступу.

Які цифри потребують уточнення

У публічних описах місії трапляються різні оцінки її можливостей. Офіційні матеріали NASA підтверджують поле зору щонайменше у 100 разів більше за Hubble, а також запуск на вісім місяців раніше за попередній орієнтир. Водночас актуальна оцінка NASA щодо планет, які Roman знайде методом мікролінзування, становить близько 100 000, а не «до 200 000».

Для точних тверджень про виробництво 500 терабайтів даних на рік або про те, що Roman за місяць зробить роботу, яка зайняла б у Hubble століття, у доступних високонадійних джерелах недостатньо підтверджень. Натомість безсумнівно, що поєднання різкості Hubble з набагато ширшим полем зору може істотно змінити спосіб, у який астрономи вивчають Всесвіт: від окремих об’єктів — до мільярдних космічних переписів.