Вчені змоделювали 33 мільйони галактик до запуску Роман

Вчені створили гігантське синтетичне дослідження, яке показує, чого ми можемо очікувати від майбутніх спостережень космічного телескопа Ненсі Грейс Роман. Хоча це лише невелика частина реального огляду майбутнього, ця змодельована версія містить приголомшливу кількість галактик – 33 мільйони з них, а також 200 000 зірок переднього плану в нашій рідній галактиці.

Симуляція допоможе вченим спланувати найкращі стратегії спостереження, випробувати різні способи отримання величезної кількості даних місії та дослідити, чому ми можемо навчитися з тандемних спостережень з іншими телескопами.

«Обсяг даних, які Роман поверне, є безпрецедентним для космічного телескопа, — сказав Майкл Троксель, доцент кафедри фізики в Університеті Дьюка в Даремі, штат Північна Кароліна. — Наше моделювання — це тестовий полігон, який ми можемо використати, щоб переконатися, що ми отримаємо максимум із спостережень місії».

Команда зібрала дані з макету Всесвіту, спочатку розробленого для підтримки наукового планування в обсерваторії Віри С. Рубін, яка розташована в Чилі та має розпочати повну роботу в 2024 році. Оскільки моделювання Роман та Рубін використовує те саме джерело, астрономи можуть порівняти і подивіться, чого вони можуть отримати від поєднання спостережень телескопів, коли обидва почнуть активно сканувати Всесвіт.

Космічне будівництво

Дослідження Roman High Latitude Wide Area Survey складатиметься як із зображень – у центрі уваги нової симуляції – так і з спектроскопії в тій самій величезній частині Всесвіту. Спектроскопія передбачає вимірювання інтенсивності світла від космічних об’єктів на різних довжинах хвиль, а зображення Роман виявлять точні положення та форми сотень мільйонів слабких галактик, які використовуватимуться для картографування темної матерії . Хоча ця таємнича речовина невидима, астрономи можуть зробити висновок про її присутність, спостерігаючи за її впливом на звичайну речовину.

Все, що має масу, деформує тканину простору-часу. Чим більше маса, тим більше викривлення. Це створює ефект, званий гравітаційним лінзуванням, який виникає, коли світло від віддаленого джерела спотворюється, коли воно проходить повз об’єкти, що проходять між ними. Якщо ці об’єкти лінзування є масивними галактиками або скупченнями галактик, фонові джерела можуть бути розмитими або виглядати як кілька зображень.

Менш масивні об’єкти можуть створювати більш тонкі ефекти, які називаються слабкими лінзами. Роман буде достатньо чутливим, щоб використовувати слабкі лінзи, щоб побачити, як згустки темної матерії спотворюють вигляд далеких галактик. Спостерігаючи ці ефекти лінзування, вчені зможуть заповнити більше прогалин у нашому розумінні темної матерії.

«Теорії формування космічної структури роблять прогнози щодо того, як початкові флуктуації в ранньому Всесвіті переростають у розподіл матерії, який можна побачити за допомогою гравітаційних лінз, — сказав Кріс Хірата, професор фізики Університету штату Огайо в Колумбусі та співавтор автор статті. – Але прогнози є статистичними за своєю природою, тому ми перевіряємо їх, спостерігаючи за великими регіонами космосу. Роман із широким полем огляду буде оптимізовано для ефективного огляду неба, доповнюючи такі обсерваторії, як космічний телескоп Джеймса Вебба, які призначені для глибшого дослідження окремих об’єктів».

Земля і космос

Синтетична зйомка Роман охоплює 20 квадратних градусів неба, що приблизно еквівалентно 95 повним місяцям. Справжнє дослідження буде в 100 разів більшим, і буде відкрито понад мільярд галактик. Рубін скануватиме ще більшу площу – 18 000 квадратних градусів, майже половину всього неба – але з меншою роздільною здатністю, оскільки йому доведеться вдивлятися крізь турбулентну атмосферу Землі.

Поєднання симуляцій Роман та Рубін дає першу можливість для вчених спробувати виявити ті самі об’єкти в обох наборах зображень. Це важливо, оскільки наземні спостереження не завжди є достатньо чіткими, щоб розрізнити кілька близьких джерел як окремі об’єкти. Іноді вони розмиваються разом, що впливає на вимірювання слабких лінз. Тепер вчені можуть визначити труднощі та переваги «деблендування» таких об’єктів на зображеннях Рубін, порівнюючи їх із Роман.

Завдяки колосальному космічному погляду Роман астрономи зможуть досягти набагато більше, ніж основні цілі дослідження, які полягають у вивченні структури та еволюції Всесвіту, картографуванні темної матерії та розрізненні провідних теорій, які намагаються пояснити, чому розширення всесвіт прискорюється. Вчені можуть прочесати нові змодельовані дані, щоб відчути смак наукового бонусу, який ви отримаєте, побачивши велику частину Всесвіту в таких вишуканих деталях.