Космічний телескоп Roman прискорить вивчення Всесвіту

0
6 819 views
мільйони змодельованих галактик
Це зображення, що містить мільйони змодельованих галактик, розсіяних у просторі та часі, показує області, які Хаббл (білий) і Роман (жовтий) можуть зафіксувати на одному знімку. Хабблу знадобилося б близько 85 років, щоб скласти карту всього регіону, показаного на зображенні, на тій же глибині, але Роман міг зробити це всього за 63 дні. Авторство: Центр космічних польотів імені Годдарда НАСА та А. Юнг

Нова симуляція показує, як космічний телескоп NASA імені Ненсі Грейс Роман поверне назад космічний годинник, розкривши Всесвіт, що розвивається, як ніколи раніше, коли він буде запущений у травні 2027 року. Завдяки своїй здатності швидко знімати величезні простори космосу, Роман допоможе нам зрозуміти, як Всесвіт перетворився з первісного моря заряджених частинок у заплутану мережу величезних космічних структур, які ми бачимо сьогодні.

«Космічні телескопи «Хаббл» і «Джеймс Вебб» оптимізовані для вивчення астрономічних об’єктів глибоко та зблизька, тож вони ніби дивляться на Всесвіт крізь отвори», — сказав Аарон Юнг, докторант Центру космічних польотів імені Годдарда NASA в Грінбелті, штат Меріленд, який керував дослідженням. – Щоб розгадати космічні таємниці в найбільших масштабах, нам потрібен космічний телескоп, який може забезпечити набагато більший огляд. Це саме те, для чого Роман створений».

Поєднання великого огляду Романа з ширшим охопленням довжини хвилі Хаббла та більш детальними спостереженнями Вебба запропонує більш повне уявлення про Всесвіт.

Симуляція охоплює ділянку неба площею два квадратних градуси, що приблизно в 10 разів перевищує видимий розмір повного місяця. У цьому “клаптику” міститься понад 5 мільйонів галактик. Симуляція заснована на добре перевіреній моделі формування галактик, яка відображає наше поточне розуміння того, як працює Всесвіт. Використовуючи надзвичайно ефективну техніку, команда може змоделювати десятки мільйонів галактик менш ніж за день – те, що може зайняти роки за допомогою звичайних методів. Коли Roman запускає та починає надавати реальні дані, науковці можуть порівняти їх із низкою таких симуляцій, піддаючи свої моделі остаточному випробуванню. Це допоможе розгадати фізику формування галактик, темну матерію – таємничу субстанцію, яку можна спостерігати лише через її гравітаційний вплив – і багато іншого.

Стаття з описом результатів була опублікована в The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society у грудні 2022 року.

мільйони змодельованих галактик
Це зображення, що містить мільйони змодельованих галактик, розсіяних у просторі та часі, показує області, які Хаббл (білий) і Роман (жовтий) можуть зафіксувати на одному знімку. Хабблу знадобилося б близько 85 років, щоб скласти карту всього регіону, показаного на зображенні, на тій же глибині, але Роман міг зробити це всього за 63 дні.
Авторство: Центр космічних польотів імені Годдарда НАСА та А. Юнг

Розгадування космічної мережі

Галактики та скупчення галактик світяться згустками вздовж невидимих ​​ниток темної матерії в гобелені розміром із видимий Всесвіт. При досить широкому огляді цього гобелена ми можемо побачити, що великомасштабна структура Всесвіту схожа на павутину, з нитками, які простягаються на сотні мільйонів світлових років. Галактики в основному знаходяться на перетині ниток з величезними «космічними пустотами» між усіма блискучими нитками.

Ось так зараз виглядає космос. Але якби ми змогли перемотати Всесвіт назад, ми б побачили щось зовсім інше.

Замість гігантських палаючих зірок, рідко розкиданих по галактиках, кожну з яких відокремлюють ще більші відстані, ми опинимося зануреними в море плазми (заряджених частинок). Цей первісний суп був майже повністю однорідним, але, на наше щастя, були маленькі вузлики. Оскільки ці згустки були трохи щільнішими за навколишнє середовище, вони мали трохи більший гравітаційний потяг.

Протягом сотень мільйонів років згустки втягували все більше і більше матеріалу. Вони виросли достатньо великими, щоб утворити зірки, які гравітаційно притягувалися до темної матерії, яка утворює невидимий хребет Всесвіту. Галактики народжувалися та продовжували розвиватися, і зрештою виникли планетарні системи, такі як наша.

Панорамний вид Романа допоможе нам побачити, яким був Всесвіт на різних етапах, і заповнити багато прогалин у нашому розумінні. Наприклад, хоча астрономи виявили «ореоли» темної матерії, що огортають галактики, вони не впевнені, як вони утворилися. Побачивши, як гравітаційне лінзування , спричинене темною матерією, спотворює вигляд віддалених об’єктів, Роман допоможе нам побачити, як гало розвивалися протягом космічного часу.

«Подібне моделювання матиме вирішальне значення для встановлення зв’язку безпрецедентних досліджень великих галактик від Романа до невидимого каркасу темної матерії, який визначає розподіл цих галактик», — сказала Сангіта Малхотра, астрофізик з Годдарда та співавтор статті.

Бачити ширшу картину

Вивчати такі величезні космічні структури за допомогою інших космічних телескопів непрактично, тому що знадобляться сотні років спостережень, щоб зібрати достатньо зображень, щоб побачити їх.

«Роман матиме унікальну здатність відповідати глибині Hubble Ultra Deep Field, але охоплюватиме в кілька разів більшу площу неба, ніж широкі дослідження, такі як дослідження CANDELS, — зазначив Юнг. -Таке повне уявлення про ранній Всесвіт допоможе нам зрозуміти, наскільки репрезентативними є знімки Хаббла та Вебба про те, яким він був тоді».

Широкий огляд Романа також слугуватиме дорожньою картою, яку Хаббл і Вебб зможуть використати для збільшення цікавих областей.

Широкі астрономічні дослідження Романа зможуть скласти карту Всесвіту в тисячу разів швидше, ніж Хаббл. Це стане можливим завдяки жорсткій конструкції обсерваторії, високій швидкості повороту та великому полю зору телескопа. Роман буде швидко рухатися від однієї космічної цілі до іншої. Після виявлення нової цілі вібрації швидко вщухнуть, оскільки потенційно хиткі конструкції, такі як сонячні батареї, закріплені на місці.

«Роман робитиме близько 100 тисяч знімків щороку, — додав Джеффрі Крук, астрофізик-дослідник з Годдарда. – Враховуючи ширше поле зору Романа, навіть потужним телескопам, таким як Хаббл або Вебб, знадобиться більше часу, ніж наше життя, щоб охопити стільки неба».

Забезпечуючи гігантський, чіткий огляд космічних екосистем і об’єднавшись із такими обсерваторіями, як Хаббл і Вебб, Роман допоможе нам розгадати деякі з найглибших таємниць астрофізики.