Телескоп «Нэнси Грейс Роман» будет наблюдать космические пустоты

Наша Вселенная — это не просто бездонная черная пустота, усеянная случайными звездными островами. При ближайшем рассмотрении она больше напоминает гигантскую, невероятно сложную сеть, чья структура хранит ключи к самым глубоким тайнам мироздания. Галактики, которых насчитывается до двух триллионов в наблюдаемой части, вовсе не разбросаны хаотично. Они выстроены вдоль стенок и нитей колоссальных пузырей, чьи диаметры достигают сотен миллионов световых лет. Внутри этих пузырей — тишина и почти абсолютная пустота. Эти «космические пустоты», или войды, — не просто пробелы в космическом полотне, а активные участники космических процессов, где решающую роль играют невидимые силы: таинственные темная материя и темная энергия. Именно изучение этих пустот обещает пролить свет на природу сил, управляющих расширением и судьбой Вселенной. И новый космический телескоп НАСА — Нэнси Грейс Роман (Nancy Grace Roman Space Telescope, RST) готовится стать нашим главным проводником в эту царствующую пустоту.

Тщательное картирование Вселенной раскрыло ее ячеистую, похожую на пену, крупномасштабную структуру, где галактики и их скопления образуют сложную сеть нитей и сверхскоплений, окаймляющих обширные области разреженного пространства — космические пустоты. Эти пустоты, диаметром в десятки и сотни миллионов световых лет, являются не просто пустыми промежутками, а фундаментальными элементами космической архитектуры.

Ключом к пониманию эволюции и состава Вселенной является изучение взаимодействия трех ее основных компонентов: обычной (барионной) материи, темной материи и темной энергии. Если гравитация обычной и темной материи стремится замедлить расширение космоса, то темная энергия действует как антигравитационная сила, ускоряя его. Природа обеих темных составляющих остается неизвестной, и ученые исследуют их через влияние на распределение видимого вещества, то есть галактик. Поскольку внутри пустот концентрация обычной и темной материи минимальна, эти регионы становятся идеальными природными лабораториями, где доминирующее влияние оказывает темная энергия. Таким образом, форма, размер и распределение пустот несут в себе отпечаток ее свойств.

Космический телескоп Нэнси Грейс Роман, запуск которого планируется в октябре 2026 года, произведет революцию в этой области исследований благодаря своей беспрецедентной комбинации широкого поля обзора, высокой чувствительности и способности проводить спектроскопические наблюдения. Как отмечает ведущий автор исследования Джованни Верза из Института Флэтайрон, способность телескопа наблюдать обширные участки неба при большой глубине, обнаруживая множество тусклых и далеких галактик, кардинально изменит изучение войдов.

Один из ключевых проектов телескопа, High-Latitude Wide-Area Survey, будет сканировать область неба площадью около 2400 квадратных градусов (что эквивалентно площади 12 000 полных Лун) вдали от плоскости Млечного Пути. Ожидается, что в рамках этого обзора удастся обнаружить и точно измерить десятки тысяч космических пустот, включая относительно небольшие, диаметром от 20 миллионов световых лет. Такой огромный статистический образец позволит применить мощные методы анализа.

Для восстановления трехмерной карты пустот астрономы будут использовать два типа данных от «Романа»: точные положения галактик на небе и их космологическое красное смещение, определяемое с помощью спектроскопии. Красное смещение служит мерой расстояния, однако его перевод в физические масштабы напрямую зависит от принятой космологической модели, то есть от предполагаемых свойств темной энергии и материи. Здесь и кроется главный методологический прием, который ярко иллюстрирует соавтор работы Алиса Пизани. Она сравнивает процесс с обратной разработкой рецепта торта по готовому изделию. Ученые, задавая различные «ингредиенты» — разные параметры темной энергии и материи, — проверяют, приводит ли такая модель к наблюдаемой форме пустот.

Средняя форма изолированной пустоты во Вселенной должна быть сферической, что вытекает из фундаментальных космологических принципов однородности и изотропности. Исследователи планируют «наложить» друг на друга тысячи обнаруженных пустот, чтобы получить их усредненную статистическую форму. Если эта суперпозиция дает идеальную сферу, значит, используемая космологическая модель верна. Любые искажения средней формы укажут на ошибку в «рецепте» и заставят пересмотреть параметры, описывающие темную энергию.

Как подчеркивают ученые, успех этой методики напрямую зависит от возможностей телескопа. Для выявления пустот, которые по определению содержат мало галактик, необходимо каталогизировать огромное количество именно тусклых и далеких галактик, чтобы точно очертить их границы. Широкий и глубокий обзор «RST» обеспечит плотность карты галактик, достаточную для обнаружения пустот с беспрецедентной точностью, превосходящей возможности других миссий, таких как «Евклид». Таким образом, изучая гигантские области космического «ничего», телескоп Нэнси Грейс Роман поможет ответить на самые фундаментальные вопросы о том, из чего состоит наша Вселенная и какова ее конечная судьба.