30 августа с космодрома во Флориде стартовала ракета Falcon Heavy с телескопом «Нэнси Грейс Роман». Сейчас обсерватория летит к точке примерно в 1,5 млн км от Земли, а инженеры проверяют ее приборы и связь с наземными станциями. Если все пойдет по плану, в начале 2027 года телескоп передаст первые научные снимки.
Дальше начнется работа, ради которой его строили — широкая инфракрасная съемка неба. В кадр попадут сотни миллионов галактик, звезды в центре Млечного Пути и планеты, которые трудно обнаружить привычными методами. По этим данным ученые рассчитывают разобраться, как менялась Вселенная и почему ее расширение ускоряется. В статье расскажем об этом подробнее.
Название телескопа звучит как имя человека, потому что это оно и есть. Нэнси Грейс Роман была первым руководителем астрономического направления NASA и помогла превратить космический телескоп «Хаббл» из идеи в работающий проект. Позднее ее стали называть «матерью „Хаббла“». Обсерватория, носящая ее имя, продолжит эту работу в другом масштабе. Диаметр главного зеркала у двух телескопов одинаковый — 2,4 м, однако камера «Роман» за один раз охватывает участок неба как минимум в сто раз больше того, который видит «Хаббл» при сопоставимой детализации.
«Хаббл» годами собирал подробные изображения отдельных областей неба из множества кадров. «Роман» сможет получать столь же детальную картину сразу для большой области.
Историю Нэнси Грейс Роман читайте в статье «Мать «Хаббла»: история первой женщины-руководителя NASA».
Его основному прибору, Wide Field Instrument, помогают 18 инфракрасных детекторов с общим разрешением около 300 мегапикселей. NASA ожидает, что за время миссии он измерит свет примерно миллиарда галактик. Это будут данные для карты, по которой можно изучать распределение вещества и историю космоса, а заодно искать объекты, о существовании которых при планировании съемки никто не знал.
Что телескоп уже успел сделать
Запуск состоялся 30 августа в 7:26 по времени восточного побережья США. Через семь минут центр управления получил телеметрию, через 31 минуту аппарат отделился от ракеты, а спустя еще некоторое время раскрыл солнечные панели и защитный экран. Путь к рабочей области возле второй точки Лагранжа системы Солнце — Земля должен занять около трех месяцев. Там телескоп сможет вести наблюдения, сохраняя нужное положение относительно Солнца и Земли.
К середине сентября инженеры включилиWide Field Instrument (300-мегапиксельную инфракрасную камеру) и получили первые сигналы звездного света. NASA даже опубликовало проверочный кадр, но звезды на нем пока выглядят размытыми. Это ожидаемый результат, ведь оптику еще предстоит выровнять и настроить фокус.
Одновременно специалисты проверили второй прибор — коронограф. Он предназначен для наблюдения слабого света планет рядом с яркими звездами. 25 сентября NASA сообщило, что наземные станции в США, Австралии и Японии успешно прошли проверку приема данных. Полноценная научная съемка еще не началась; первые научные изображения агентство рассчитывает показать в начале 2027 года.
Проверка связи здесь особенно важна. По расчетам NASA, во время научной работы «Роман» будет передавать на Землю около 1,4 ТБ данных ежедневно. Изображения и измерения нужно принять, обработать и открыть исследователям. Для этого задействованы антенны NASA, Европейского космического агентства и японского JAXA. Научные данные миссии планируют публиковать без периода исключительного доступа, поэтому к одним и тем же наблюдениям смогут одновременно обращаться разные группы ученых.
Как выглядит «атлас Вселенной»
Слово «атлас» в рассказе о миссии звучит красиво, но его легко понять слишком буквально. Телескоп не сфотографирует все небо одним бесконечным панорамным кадром, а лишь выполнит несколько больших программ наблюдений. В одной из них он охватит обширные участки неба и измерит свойства галактик. В другой будет возвращаться к выбранным областям, чтобы замечать изменения со временем. Еще одна программа сосредоточится на густонаселенном звездами центре Млечного Пути. Вместе эти съемки дадут ученым карту пространства с дополнительным измерением — временем.
Самая большая программа охвата неба рассчитана более чем на 5000 квадратных градусов, то есть примерно на 12% всей небесной сферы. Основной участок площадью около 2500 квадратных градусов телескоп снимет через несколько фильтров и исследует с помощью спектроскопии. Дополнительный широкий участок позволит расширить площадь карты, а небольшой глубокий участок поможет увидеть более слабые и далекие объекты. Наблюдения этой программы будут распределены по пятилетней основной миссии и займут в общей сложности около 17 месяцев работы телескопа.
На изображении астрономы измеряют положение и форму галактики. Спектр помогает определить, насколько сильно растянулся ее свет за время путешествия к нам, а значит, оценить расстояние и отнести галактику к определенной эпохе космической истории. Если собрать такие сведения для огромного числа объектов, становится видно, как со временем складывались скопления галактик и обширные области между ними. Это уже похоже на атлас — у объектов есть место на карте и приблизительная глубина в пространстве.
Как по форме галактики ищут невидимое вещество
Одна из главных научных задач «Роман» связана с темной материей. Ее нельзя увидеть напрямую на снимке, но ее гравитация влияет на движение вещества и на свет далеких галактик. Пока этот свет идет к телескопу, гравитация расположенной на пути массы слегка искажает его траекторию. На отдельном изображении эффект бывает трудно различить. Когда же измерены формы сотен миллионов галактик, слабые искажения складываются в картину распределения вещества на больших расстояниях. Этот метод называют слабым гравитационным линзированием.
Есть и вторая задача — понять, что происходит с расширением Вселенной. Астрономы знают, что оно ускоряется, но причина ускорения остается предметом исследования. «Роман» позволит сравнить, как быстро Вселенная расширялась в разные эпохи и как в то же время росли ее крупные структуры. Если измерения окажутся точнее, ученые смогут лучше проверить модели темной энергии и гравитации. Телескоп не предназначен для одного решающего снимка, который сразу раскроет природу темной энергии. Ответ будет складываться из статистики множества наблюдений.
Дополнительную проверку даст программа повторных наблюдений далеких областей неба — она рассчитана в том числе на поиск сверхновых типа Ia. Астрономы используют такие взрывы для изучения космических расстояний и скорости расширения Вселенной. Телескоп будет следить за тем, как меняется их блеск, и исследовать их свет. В результате данные о сверхновых можно будет сопоставить с картой галактик и результатами гравитационного линзирования.
Зачем смотреть на центр Млечного Пути каждые 12 минут
Карта далекой Вселенной — лишь часть миссии. «Роман» также будет многократно снимать шесть небольших полей в направлении центра нашей Галактики. В основные сезоны наблюдений телескоп планирует возвращаться к каждому из них примерно раз в 12 минут. На изображениях окажется огромное число звезд. Среди обычных колебаний яркости астрономы будут искать короткие сигналы, которые выдают планеты, нейтронные звезды и черные дыры.
Один из способов поиска называется гравитационным микролинзированием — если между нами и далекой звездой проходит другой массивный объект, его гравитация на время усиливает свет фоновой звезды.
Планета рядом с таким объектом может оставить в сигнале дополнительный след. Для обнаружения ей не нужно проходить на фоне диска собственной звезды с точки зрения Земли, поэтому метод помогает находить планеты на сравнительно далеких орбитах, которые редко попадают в выборки других обзоров. Он способен выдать и свободно движущуюся планету, у которой вообще нет звезды-хозяина. NASA ожидает, что программа обнаружит более тысячи планет с помощью микролинзирования; это прогноз, а не число уже найденных миров.
Другие планеты проявят себя привычнее — при прохождении перед звездой они немного «уменьшат» ее видимую яркость. NASA оценивает возможное число таких обнаружений примерно в 100 тыс. Повторная съемка позволит также изучать переменные звезды и искать одиночные черные дыры по их гравитационному влиянию. Так небольшой участок неба превратится в подробную запись того, как менялась одна из самых населенных областей нашей Галактики.
У «Роман» есть и коронограф, который будет закрывать яркий свет звезды, чтобы различить гораздо более тусклый свет планеты рядом с ней. Пока это прежде всего проверка технологии в космосе. NASA рассчитывает с его помощью получить изображения планет, похожих по размеру на Юпитер, и использовать опыт при создании будущих инструментов для прямого наблюдения более мелких миров.
Основная программа обсерватории рассчитана на пять лет, с возможностью продлить работу еще на пять. Сейчас самые интересные ее результаты существуют в виде планов, расчетов и прогнозов. Первый реальный рубеж уже пройден: аппарат запущен, приборы отвечают, станции принимают данные. Следующий наступит, когда размытые проверочные звезды превратятся в четкие снимки, а на Землю начнет поступать съемка, по которой исследователи смогут изучать Вселенную сразу в огромном масштабе.
Читайте также: