С успешным запуском космического телескопа Nancy Grace Roman, доставленного ракетой Falcon Heavy компании SpaceX в прошлое воскресенье (30-го) с Космического центра Кеннеди во Флориде, НАСА начало новый и беспрецедентный этап исследования Вселенной.
Отправка этого обсерватории на точку Лагранжа 2 (L2), расположенную более чем в 1,6 миллионах километров от Земли, знаменует собой начало миссии, направленной на решение трех главных современных научных вопросов: скрытый состав космоса, динамика расширения пространства и поиск новых миров в Млечном Пути.
На протяжении последнего столетия наука установила, что все, что напрямую видимо человечеству — от звезд и планет до целых галактик — составляет всего 5% Вселенной. Большая часть физической реальности состоит из веществ, которые не взаимодействуют, излучая, отражая или поглощая свет. Понимание этой невидимой структуры является центральной целью, которая определяет технологическую конструкцию телескопа Roman.
Темная материя остается одной из величайших загадок астрофизики. Ее существование подтверждается гравитационным эффектом, который она оказывает на вращение галактик, действуя как сеть, предотвращающую рассеивание небесных тел; однако ни одно наземное оборудование не смогло зарегистрировать ее составляющие частицы.
Телескоп Roman предлагает иной подход. Вместо того чтобы пытаться захватить темную материю в лаборатории, он будет использовать свое обширное поле зрения для картирования искажений, вызванных гравитацией этого невидимого вещества, в свете миллиардов далеких галактик. Это явление, называемое гравитационным линзированием, позволит создать высокоточную трехмерную карту, иллюстрирующую распределение материи на протяжении миллиардов лет космической истории.
Параллельно обсерватория исследует тайну темной энергии. Эта неизвестная сила, обнаруженная в конце 1990-х годов, действует вопреки гравитации, ускоряя расширение самого пространства-времени. Чтобы измерить поведение темной энергии сквозь эпохи, Roman будет регистрировать расположение бесчисленных галактик и анализировать барионные акустические осцилляции — следы ударных волн в раннем космосе, которые служат стандартной линейкой для расчета скорости универсального расширения.
Результаты этих наблюдений могут либо подтвердить существующие космологические модели, либо вынудить физиков разработать новые теории о гравитации и пространстве-времени.
Научные перспективы и планетарные достижения
Во время прямой трансляции запуска, проведенной Olhar Digital, астроном Марсело Зурита заявил, что решение этой космической загадки является одной из величайших честей мирового научного сообщества. Он заявил, что «кто сможет убедительно объяснить происхождение и природу темной энергии, безусловно, заслуживает Нобелевской премии».
Помимо исследования космических масштабов, миссия представляет собой значительный скачок в планетарном масштабе. Поиск экзопланет (планет за пределами Солнечной системы) вступит в новую инструментальную фазу благодаря усовершенствованному коронографу, установленному на обсерватории — оптической системе, разработанной для преодоления интенсивного звездного сияния и выявления планет на их орбитах.
В интервью программе Olhar Espacial астробиолог Раисса Эстрела, исследователь из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL), подробно рассказала о работе и острой важности этой технологии для космических исследований. Она объяснила, что «эта технология, которую мы называем коронографом, по сути, является инструментом, блокирующим свет родительской звезды. И почему мы хотим заблокировать этот свет? Потому что когда мы блокируем свет родительской звезды, мы можем увидеть свет, отраженный планетами, обитающими вокруг этой звезды. Сияние звезды настолько сильное, что оно затмевает весь образ. Поэтому нам нужно блокировать его, чтобы увидеть свет, отраженный планетами, которые вращаются вокруг. С помощью такого типа обсерватории мы сможем даже получить изображение планетной системы».
В настоящее время большинство экзопланет обнаруживаются косвенными методами, такими как кратковременное уменьшение звездной яркости, когда планета проходит перед ней. С коронографом Roman астрономы смогут регистрировать свет, отраженный непосредственно планетой, начав фокусироваться на гигантских газовых мирах, подобных Юпитеру.
Для картирования меньших и более удаленных тел обсерватория будет использовать комбинированную технику гравитационного микролинзирования. Когда звезда располагается перед другой, более удаленной от Земли, гравитация передней звезды действует как естественная линза, усиливая яркость фоновой звезды. Если звезда, выступающая в роли линзы, имеет планеты, гравитация этих миров вызывает небольшие изменения в световом сигнале. Эта стратегия позволит ученым каталогизировать тысячи новых планет, включая каменистые миры, расположенные на десятки тысяч световых лет от нашей системы.
По словам Зуриты, техника гравитационного микролинзирования является наиболее подходящим методом для идентификации планет земного типа. «Если основная цель — найти 'Землю 2.0' (планету, похожую на Землю, в обитаемой зоне), то это метод, который следует использовать».
Набор данных, собранных телескопом Roman, послужит стратегической основой для будущих космических миссий. Конечная цель астробиологии — обнаружение биосигнатур в атмосфере планеты с массой и температурой, схожими с земными, требует уровня технической точности, который устанавливается в данный момент.
Раисса подчеркнула новаторскую роль нового телескопа в планировании миссий НАСА. «Roman будет изучать другие планеты, но он будет больше ориентирован на газовые гиганты. Технология не достигнет характеристики планет, как в случае с Землей. Но она принесет эту технологию, которую нам нужно понять, а именно прямое изображение экзопланет, которая будет использоваться Обсерваторией обитаемых миров, но для меньших планет. Так что это как первый шаг, который мы делаем в этом путешествии к характеристике планет типа Земля».
Все эти исследования будут поддержаны беспрецедентной способностью обработки информации. Оснащенный Инструментом широкого поля (WFI) — камерой с разрешением 300 мегапикселей, которая захватывает области в сто раз больше, чем у космического телескопа Хаббл, — Roman сможет генерировать более 20 петабайт данных в течение первых пяти лет.
Этот колоссальный объем потребует интенсивного использования алгоритмов искусственного интеллекта и машинного обучения для анализа изображений и каталогизации миллиардов астрономических объектов. Объединяя передовые технологии, теоретическую физику и космическую инженерию, запуск означает не просто начало еще одной миссии НАСА, а самый важный шаг, сделанный на сегодняшний день для расшифровки скрытой природы Вселенной и нашего места в ней.
