Космический телескоп Nancy Grace Roman сможет исследовать еще больше космических вопросов благодаря новому фильтру в ближней инфракрасной области. Обновление позволит обсерватории видеть световые волны с большей длиной волны, открывая новые захватывающие возможности для открытий от края нашей солнечной системы до самых далеких уголков космоса.
«Невероятно, что мы можем внести такие важные изменения в миссию после того, как все основные компоненты уже прошли критическую проверку конструкции, – сказала Джули МакЭнери, старший научный сотрудник космического телескопа Роман в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.- Используя новый фильтр, мы сможем видеть весь инфракрасный диапазон, видимый телескопом, поэтому мы максимально увеличиваем научные возможности, которые может делать Роман».
С новым фильтром длина волны видимого и инфракрасного света Роман будет охватывать от 0,5 до 2,3 микрон, что на 20% больше по сравнению с первоначальным дизайном миссии. Этот диапазон также позволит расширить сотрудничество с другими крупными обсерваториями НАСА, каждая из которых имеет свой собственный взгляд на космос. Космический телескоп Хаббла может видеть от 0,2 до 1,7 микрона, что позволяет ему наблюдать Вселенную в ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном свете. Космический телескоп Джеймса Уэбба, запускаемый в октябре, будет видеть от 0,6 до 28 микрон, что позволит ему видеть ближний и средний инфракрасный диапазоны, а также небольшое количество видимого света. Улучшенный диапазон длин волн Роман, наряду с его гораздо более широким полем зрения, откроет более интересные цели для Хаббла и Уэбба, которые они могут продолжить для подробных наблюдений.
Расширение возможностей Роман за счет включения большей части ближнего инфракрасного диапазона K, который простирается от 2,0 до 2,4 микрон, поможет нам заглядывать дальше в космос, глубже проникать в пыльные области и видеть больше типов объектов. Широкие космические исследования Роман откроют бесчисленные небесные тела и явления, которые иначе было бы трудно или невозможно найти.
«Кажущееся небольшое изменение диапазона длин волн имеет огромное влияние», – сказал Джордж Хелу, директор IPAC в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене, Калифорния, и один из сторонников модификации. «Роман будет видеть вещи, которые в 100 раз слабее, чем могут видеть лучшие наземные исследования в K-диапазоне, из-за преимуществ космоса для инфракрасной астрономии. Невозможно предсказать все загадки, которые Роман поможет разгадать с помощью этого фильтра ».
Сокровища на космическом заднем дворе
Хотя миссия оптимизирована для исследования темной энергии и экзопланет – планет за пределами нашей солнечной системы – ее огромное поле зрения позволит захватить и другие космические чудеса.
Роман преуспеет в обнаружении множества маленьких темных тел, расположенных на окраинах нашей Солнечной системы, за орбитой Нептуна. Используя улучшенное зрение, миссия теперь сможет искать в этих телах водяной лед.
Этот регион, известный как пояс Койпера, содержит остатки изначального диска ледяных тел, оставшихся после образования Солнечной системы. Многие из этих космических окаменелостей практически не изменились с тех пор, как образовались миллиарды лет назад. Их изучение открывает окно в первые дни Солнечной системы.
Большинство коренных жителей пояса Койпера больше не существует. Многие были выброшены в межзвездное пространство по мере формирования Солнечной системы. Другие в конечном итоге были отправлены во внутреннюю часть Солнечной системы, став кометами. Иногда их новые пути пересекали орбиту Земли.
Ученые считают, что столкновения древних комет доставили по крайней мере часть воды на Землю, но они не уверены, сколько именно. Перепись водяного льда на телах за пределами Солнечной системы может дать ценные подсказки.
Поднимая пелену пыли
Хотя это немного противоречит здравому смыслу, наша галактика Млечный Путь может быть одной из самых сложных для изучения галактик. Когда мы смотрим сквозь плоскость Млечного Пути, многие объекты закрываются из поля зрения облаками пыли и газа, которые дрейфуют между звездами.
Пыль рассеивает и поглощает видимый свет, потому что частицы такого же размера или даже больше, чем длина волны света. Поскольку инфракрасный свет распространяется более длинными волнами, ему легче проходить через облака пыли.
Наблюдение за космосом в инфракрасном свете позволяет астрономам проникать в туманные области, открывая то, что они не смогли бы увидеть иначе. С новым фильтром Роман обсерватория теперь сможет видеть сквозь облака пыли, в три раза толще, чем это было изначально задумано, что поможет нам изучить структуру Млечного Пути.
Миссия обнаружит звезды, которые находятся внутри и за пределами центральной части нашей галактики, плотно заполненной звездами и обломками. Оценив, как далеко находятся звезды, ученые смогут составить лучшую картину нашей родной галактики.
Расширенный вид Роман также поможет нам узнать еще больше о коричневых карликах – объектах, которые недостаточно массивны, чтобы подвергнуться ядерному синтезу в их ядрах, таких как звезды. Миссия обнаружит эти «несостоявшиеся звезды» недалеко от сердца галактики, где катастрофические события, такие как сверхновые, происходят чаще.
Астрономы считают, что это место может повлиять на формирование звезд и планет, поскольку взрывающиеся звезды засевают свое окружение новыми элементами, когда умирают. Используя новый фильтр, миссия сможет охарактеризовать коричневых карликов, исследуя их состав. Это может помочь нам определить различия между объектами в центре галактики и в спиральных рукавах.
Глядя на просторы Вселенной
Если мы хотим увидеть самые удаленные объекты в космосе, нам понадобится инфракрасный телескоп. Когда свет проходит через расширяющуюся Вселенную, он расширяется до более длинных волн. Чем дольше он проходит, прежде чем добраться до нас, тем больше становятся его длины волн. УФ-свет распространяется до длин волн видимого света, а затем видимый свет распространяется до инфракрасного.
Расширяя поле зрения Романа еще дальше в инфракрасном диапазоне, миссия сможет заглянуть в прошлое, когда Вселенной было менее 300 миллионов лет, или около 2% от ее нынешнего возраста в 13,8 миллиарда лет. Изучение таких далеких областей космоса может помочь нам понять, когда впервые начали формироваться звезды и галактики.
Происхождение галактик до сих пор остается загадкой, потому что первые образовавшиеся объекты очень тусклые и рассеиваются по небу. Новый фильтр Роман в сочетании с широким полем зрения телескопа и его чувствительной камерой может помочь нам найти достаточно галактик первого поколения, чтобы понять население в целом. Затем астрономы могут выбрать основные цели для таких миссий, как космический телескоп Джеймса Уэбба, чтобы увеличить масштаб для более подробных последующих наблюдений.
Новый фильтр может также предоставить другой способ определить постоянную Хаббла – число, которое описывает, насколько быстро расширяется Вселенная. Недавно это вызвало споры среди астрономов, потому что разные результаты дали разные измерения.
Астрономы часто используют звезды определенного типа, называемые переменными цефеид, чтобы определить скорость расширения. Эти звезды периодически становятся ярче и тусклее, и в начале 1900-х годов американский астроном Генриетта Ливитт заметила связь между светимостью цефеид, то есть ее средней внутренней яркостью, и длиной цикла.
Когда астрономы обнаруживают цефеиды в удаленных галактиках, они могут определять точные расстояния, сравнивая фактическую внутреннюю яркость звезд с их видимой яркостью с Земли. Затем астрономы могут измерить, насколько быстро расширяется Вселенная, наблюдая, как быстро удаляются галактики на разных расстояниях.
Другой тип звезд, называемый переменными RR Лиры, имеет аналогичное соотношение между их фактической яркостью и количеством времени, которое требуется для того, чтобы стать ярче, тускнеть и снова стать ярче. Они слабее, чем цефеиды, и их отношение период-светимость нелегко определить для большинства длин волн света, но Роман сможет изучить их с помощью своего нового фильтра. Наблюдение за звездами типа RR Лиры и цефеиды в инфракрасном свете для определения расстояний до других галактик может помочь прояснить недавно обнаруженные расхождения в наших измерениях скорости расширения Вселенной.
«Расширение видения Роман в инфракрасном диапазоне дает астрономам новый мощный инструмент для исследования нашей Вселенной», – сказал МакЭнери. «Используя новый фильтр, мы будем делать открытия на огромной территории, от далеких галактик до наших окрестностей».
Космический телескоп Нэнси Грейс Роман управляется в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, при участии Лаборатории реактивного движения НАСА и Калифорнийского технологического института / IPAC в Южной Калифорнии, Научного института космического телескопа в Балтиморе и научной группы, состоящей из ученых из научно-исследовательских институтов разных стран. Основными промышленными партнерами являются Ball Aerospace and Technologies Corporation в Боулдере, Колорадо, L3Harris Technologies в Мельбурне, Флорида, и Teledyne Scientific & Imaging в Таузенд Оукс, Калифорния.
