Миссия NASA уточнит параметры расширения Вселенной новым способом

Сверхновые — космические маяки, наблюдение за которыми позволяет изучать процесс текущего расширения Вселенной. С их помощью ученые надеются проникнуть в тайны темной энергии и темной материи. Миссия NASA Nancy Grace Roman в течение пяти лет будет следить за сверхновыми по всей видимой Вселенной.

Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail

На протяжении тысячелетий человечество считало небо неизменным, за исключением нескольких «блуждающих звезд» (которые, как мы теперь знаем, являются планетами). По мере того, как мы совершенствовали нашу способность проникать в тайны космоса с помощью телескопов и электронных детекторов, мы осознали, что Вселенная полна тел, меняющих свою яркость, будь то взрывающаяся звезда или поглощающая материю черная дыра. Объекты переменной светимости в оптическом или других диапазонах электромагнитного спектра называются переменными или транзиентами.

Космический телескоп НАСА «Нэнси Грейс Роман» (Nancy Grace Roman Space Telescope, сокращенно RST) после своего вывода на орбиту в конце 2026 или в начале 2027 года будет готов показать целую галерею таких транзиентов, включая тысячи сверхновых, которые позволяют нам измерить хронологию расширения Вселенной. Телескоп назван в честь Нэнси Грейс Роман (1925−2018), много лет возглавлявшей астрономические исследования NASA.

Космический телескоп обещает стать новой ступенью познания Вселенной благодаря своему широкому полю зрения и, как следствие, огромному потоку данных. Его широкоугольная камера ближнего инфракрасного диапазона будет охватывать область в 200 раз большую, чем инфракрасная камера космического телескопа «Хаббл», обеспечивая ту же резкость и чувствительность.

В течение пяти лет основной миссии RST посвятит около 75% времени научных наблюдений проведению трех основных проектов. В рамках одного из этих исследований будет проводиться поиск в небе событий-катастроф — взрывов, вспышек, гамма-всплесков, столкновений нейтронных звезд и т.д.

Эта программа, получившая название High-Latitude Time-Domain Survey (дословно «широкополосный обзор в области времени»), будет заглядывать за пределы плоскости нашей Галактики. Главная цель обзора — обнаружение удаленных сверхновых типа Ia. Эти яркие объекты оптимальны для понимания взаимосвязи расширения Вселенной и поступательного течения времени.

Используя проект High-Latitude Time-Domain Survey, его разработчики надеются понять ту роль, которую играют в расширении Вселенной массы темной материи и, что особенно важно, силы темной энергии — самой таинственной для современной фундаментальной науки составляющей мироздания.

Сверхновые типа Ia играют роль своеобразных космологических зондов. Астрономы знают их изначальную светимость до вспышки и знают, насколько они яркие на пике своей активности. Сравнивая два показателя яркости, ученые могут точно определить их удаленность. Телескоп Roman также сможет измерить, насколько быстро они удаляются от нас в процессе расширения Вселенной. Отслеживая скорость их удаления на разных расстояниях, ученые смогут определить параметры расширения в космологическом масштабе.

На сегодняшний день только RST способен обнаружить самые далекие сверхновые, освещающие совсем ранние космические эпохи. Он дополнит наземные телескопы, такие как обсерватория Веры Рубин в Чили, возможности которых ограничены, помимо прочего, поглощением света земной атмосферой. Главной задачей телескопа Рубин станет поиск сверхновых, вспыхнувших сравнительно «недавно» — в течение последних 5 миллиардов лет. Более старыми (и соответственно более далекими) сверхновыми займется Roman.

С его помощью планируется расширить коллекцию до гораздо более ранних периодов истории Вселенной, примерно до срока в 3 миллиардов лет после Большого взрыва (10,8 миллиардов лет назад). Это вдвое превысит измеренную на сегодняшний день хронологию расширения Вселенной.

Недавно в рамках проекта Dark Energy Survey (DES) были обнаружены признаки того, что темная энергия может ослабевать со временем, а не быть постоянной силой расширения. Исследования «Романа» будут иметь решающее значение для проверки этой гипотезы. Подробнее об этом можно прочитать здесь.

Для обнаружения объектов, яркость которых меняется со временем, Роману необходимо регулярно посещать одни и те же поля небосвода. Этим наблюдениям будет посвящено в общей сложности 180 дней, распределенных на протяжении пяти лет. Большая часть наблюдений будет проводиться в течение двух лет в середине миссии с повторным посещением одних и тех же полей каждые пять дней, а также с дополнительными 15 днями наблюдений в начале миссии для установления базового уровня объектов.

«Чтобы найти переменные объекты, мы используем метод, называемый вычитанием изображений. Вы берете изображение и вычитаете из него изображение того же участка неба, снятое гораздо раньше — как можно раньше в ходе миссии. Таким образом, вы удаляете все статичное, и у вас остаются окончательные данные», — подчеркивают ученые.

Предполагается также расширенное обследование, в ходе которого будут повторно проверяться самые перспективные поля наблюдения примерно каждые 120 дней для поиска объектов с большими периодическими циклами. Это поможет обнаружить самые удаленные транзиенты, существовавшие уже через миллиард лет после Большого взрыва. Для нас эти объекты меняются медленнее из-за замедления времени, вызванного расширением Вселенной.

Расширенный компонент исследования будет собирать данные о некоторых наиболее энергичных и продолжительных транзиентах, таких как TDE — tidal disruption events, события приливного разрушения, когда сверхмассивная черная дыра разрывает зазевавшуюся звезду или гипотетические, но пока еще не наблюдавшиеся события, известные как «парно-нестабильные сверхновые». В этом случае массивная звезда взрывается, но не оставляет после себя нейтронную звезду или черную дыру.

Широкополосный обзор во временной области будет разделен на два «уровня» съемки: более широкий, охватывающий большую площадь, и более глубокий, который будет фокусироваться на меньшей области в течение более длительного времени для обнаружения более слабых объектов. В первом случае площадь наблюдения будет составлять чуть более 18 квадратных градусов, и на прицел в первую очередь попадут объекты, существовавшие в течение последних 7 миллиардов лет (чуть больше половины истории Вселенной). Глубокий обзор, площадью 6,5 квадратных градусов, охватит более слабые объекты, существовавшие 7-10 миллиардов лет назад.

Наблюдения будут проводиться в северном и южном полушарии неба. В обзор также будет включен спектроскопический компонент, ограниченный южным полушарием. У проекта заключено партнерское соглашение с наземной обсерваторией Субару, которая будет проводить спектроскопические наблюдения за северным небом. Благодаря спектроскопии ученые смогут с уверенностью определить, какой тип сверхновых они наблюдают.

По итогам пятилетней работы телескопа Nancy Grace Roman авторы проекта планируют составить карту Вселенной с такими четкостью и глубиной, которых никогда ранее не достигалось.

Недавно мы рассказали, как радиотелескоп ALMA расшифровал структуру первых галактик.

• космос

Поделиться