Телескоп Nancy Grace Roman раскроет тайны Вселенной

Будущий космический телескоп НАСА Nancy Grace Roman (шестая «великая» обсерватория НАСА) позволит увидеть тысячи взрывающихся звезд, называемых сверхновыми, на огромных отрезках времени и пространства. Используя эти наблюдения, астрономы стремятся пролить свет на несколько космических загадок, открывая окно в далекое прошлое и туманное настоящее Вселенной.

Обзор сверхновых, проведенных телескопом, поможет прояснить противоречивые измерения скорости расширения Вселенной и даже предоставит новый способ исследовать распределение темной материи, которую можно обнаружить только через ее гравитационные эффекты.

Одна из основных научных целей миссии заключается в использовании сверхновых, чтобы помочь определить природу темной энергии — необъяснимого космического давления, ускоряющего расширение Вселенной.

Самая большая загадка космоса

«Темная энергия составляет большую часть космоса, но мы на самом деле не знаем, что это такое», — сказал Джейсон Роудс, старший научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии. «Сузив количество возможных объяснений, телескоп Nancy Grace Roman мог бы произвести революцию в нашем понимании Вселенной, а темная энергия — лишь одна из многих тем, которые предстоит изучить в ходе миссии».

Телескоп Nancy Grace Roman, назван в честь Нэнси Роман, одной из первых женщин-руководителей в НАСА, будет использовать несколько методов для исследования темной энергии. Один из них предполагает поиск в небе взрывающейся звезды особого типа, называемой сверхновой типа Ia.

Многие сверхновые возникают, когда у массивных звезд заканчивается топливо, они быстро схлопываются под собственным весом, а затем взрываются из-за сильных ударных волн, которые выходят из их недр.

Эти сверхновые звезды возникают примерно раз в 50 лет в нашей галактике Млечный Путь. Но данные показывают, что сверхновые типа Ia происходят из некоторых двойных звездных систем, которые содержат по крайней мере один белый карлик — небольшой горячий остаток ядра звезды, похожей на Солнце. Сверхновые типа Ia встречаются гораздо реже, примерно раз в 500 лет в Млечном Пути.

В некоторых случаях карлик может перекачивать материал у своего компаньона. В конечном итоге это вызывает неконтролируемую реакцию, которая взрывает его, когда он достигает определенной точки, где набирает такую ​​массу, что становится нестабильным. Астрономы также нашли доказательства, подтверждающие другой сценарий, в котором участвуют два белых карлика, которые движутся по спирали друг к другу, пока не сольются. Если их совокупная масса достаточно высока, что приводит к нестабильности, они тоже могут произвести сверхновую типа Ia.

Эти взрывы достигают определенной яркости, что делает сверхновые типа Ia так называемыми стандартными свечами — объектами или событиями, излучающими определенное количество света, что позволяет ученым узнавать расстояние до них с помощью простой формулы. Благодаря этому астрономы могут определить, как далеко находятся сверхновые, просто измерив, насколько яркими они кажутся.

Астрономы также будут использовать телескоп Nancy Grace Roman для изучения света этих сверхновых, чтобы выяснить, как быстро они удаляются от нас. Сравнивая скорость их удаления на разных расстояниях, ученые проследят космическое расширение с течением времени. Это поможет нам понять, изменялась ли темная энергия на протяжении всей истории Вселенной и как это происходило.

Предыдущие обзоры сверхновых типа Ia были сосредоточены на относительно близкой Вселенной, в основном из-за ограничений инструментов. Гигантское инфракрасное поле зрения и исключительная чувствительность телескопа Nancy Grace Roman значительно расширят возможности поиска, отодвинув космические завесы достаточно далеко, чтобы астрономы могли заметить тысячи далеких сверхновых типа Ia.

Миссия подробно изучит влияние темной энергии на протяжении более чем половины истории Вселенной, когда ей было от четырех до 12 миллиардов лет. Изучение этой относительно неизученной области поможет ученым добавить важные элементы к загадке темной энергии.

«Сверхновые типа Ia являются одними из самых важных космологических зондов, которые у нас есть, но их трудно увидеть, когда они находятся далеко», — говорят исследователи. «Нам нужны чрезвычайно точные измерения и невероятно стабильный прибор, который и предоставит телескоп Nancy Grace Roman».

Постоянная Хаббла

Наблюдения за сверхновой типа Ia могут помочь астрономам не только провести перекрестную проверку с другими исследованиями темной энергии, сделанными миссией, но и помочь астрономам исследовать еще одну загадку. Расхождения продолжают появляться в измерениях постоянной Хаббла, которая описывает, насколько быстро Вселенная расширяется в настоящее время.

Прогнозы, основанные на данных о ранней Вселенной примерно через 380000 лет после Большого взрыва, показывают, что космос в настоящее время должен расширяться со скоростью около 67 километров в секунду на каждый мегапарсек расстояния (мегапарсек — это примерно 3,26 миллиона световых лет). Но измерения современной Вселенной показывают более быстрое расширение, примерно от 70 до 76 километров в секунду на мегапарсек.

Телескоп Nancy Grace Roman исследует различные потенциальные источники этих расхождений. Некоторые методы определения скорости расширения Вселенной полагаются на сверхновые типа Ia. Хотя эти взрывы удивительно похожи, поэтому они являются ценными инструментами для измерения расстояний, небольшие вариации все же существуют. Обширный обзор может улучшить их использование в качестве стандартных свечей, помогая нам понять, что вызывает различия.

Миссия должна показать, как свойства сверхновых типа Ia меняются с возрастом, поскольку она позволит увидеть их на столь обширном отрезке космической истории. Телескоп Nancy Grace Roman также обнаружит эти взрывы в различных местах в их родительских галактиках, что может дать ключ к разгадке того, как среда сверхновой звезды влияет на ее взрыв.

Изучение темной материи

Кроме того, астрономы смогут собрать еще больше космической информации из наблюдений телескопа над сверхновыми.

«Телескопу Nancy Grace Roman придется просмотреть огромные пространства Вселенной, чтобы увидеть далекие сверхновые», — сказал Юн Ван, старший научный сотрудник Калифорнийского технологического института / IPAC. «Многое может случиться, чтобы пролить свет на такие длительные путешествия в космосе. Мы показали, что можем многое узнать о структуре Вселенной, проанализировав, как свет от сверхновых типа Ia искривляется, когда проходит мимо промежуточной материи».

Все, что связано с массой, искажает ткань пространства-времени. Свет распространяется по прямой линии, но если пространство-время искривляется, что происходит вблизи массивных объектов, свет следует кривой.

Когда мы смотрим на далекие сверхновые типа Ia, искривленное пространство-время вокруг промежуточной материи, такой как отдельные галактики или сгустки темной материи, может усиливать свет от более далекого взрыва.

Изучая этот увеличенный свет, ученые получат новый способ исследовать, как темная материя сгруппирована по всей Вселенной. Получение дополнительных сведений о материи, из которой состоит космос, поможет ученым усовершенствовать свою теоретическую модель развития Вселенной.

Изучив поведение темной энергии в космической истории, узнав, как расширяется Вселенная сегодня, и предоставив больше информации о загадочной темной материи, телескопа Nancy Grace Roman предоставит огромный массив данных астрономам, стремящимся решить эти и другие давние проблемы.

Благодаря своей способности помогать разгадывать так много космических загадок, телескоп станет одним из самых важных инструментов для изучения вселенной из когда-либо созданных. Примерная дата запуска миссии — 2025 год.