Что такое космический телескоп имени Нэнси Грейс Роман?

Космический телескоп имени Нэнси Грейс Роман (Nancy Grace Roman Space Telescope) должен стать следующим большим шагом в развитии астрономии. Это широкодиапазонная инфракрасная обсерватория, материалы её наблюдений могут разрешить некоторые из наиболее важных вопросов космологии, связанных с загадкой тёмной энергии.

Телескоп, также известный как «Роман» (или «Космический телескоп Роман»), также займётся поиском планет за пределами Солнечной системы — экзопланет, и исследованием физики дальних звёзд.

NASA сообщает, что запланированный к запуску в 2026 году (или в 2027-м, точная дата не назначена), космический телескоп имеет широкое поле обзора, которое позволит создать невиданные ранее масштабные картины Вселенной, необходимые для решения наиболее актуальных загадок космоса. Запланированная продолжительность миссии — пять лет.

Космический телескоп Роман расположится на орбите в точке Лагранжа L₂, стабильной гравитационной точке между Землёй и Солнцем на расстоянии около 1,5 миллиона километров от нашей планеты.

На начальном этапе проекта, в 2010 году, космический телескоп им. Нэнси Грейс Роман назывался Широкодиапазонной Инфракрасной Обсерваторией (Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST)). Только спустя десятилетие, в мае 2020-го г. его переименовали в честь Нэнси Грейс Роман, которая была первым главным астрономом NASA с 1961 по 1963 гг.

Роман ушла из жизни 26 декабря 2018 г. в возрасте 93 лет.

При жизни Роман с любовью называли «матерью Хаббла» — прозвище возникло из-за того, что Роман неустанно выступала за новые инструменты, которые помогут учёным исследовать Вселенную более масштабно, результатом чего и стал запуск космического телескопа Хаббл в 1990 г.

Объявляя новое имя WFIRST в 2020 г., действующий на тот момент глава NASA, Джим Брайденстайн сказал:

«Именно благодаря проницательности и лидерским качествам Нэнси Грейс Роман NASA стала передовой организацией в области астрофизики и запустила «Хаббл», самый мощный и производительный космический телескоп».

Невозможно придумать лучшего имени для WFIRST, наследника телескопов NASA «Хаббл» и «Уэбб», добавил Брайденстайн.

«Планируется, что Роман многому нас научит относительно экзопланет и космологии, но возможности его гораздо шире», — сообщил журналисту Space.com постдокторант лаборатории реактивных двигателей NASA Самсон А. Джонсон. — «Начиная с текущего момента и до самого запуска Роман, у астрономов есть масса возможностей предложить свои идеи для его использования, и есть множество интересных перспективных тем, таких как исследование чёрных дыр звёздной массы, тахеометрическая съёмка экзопланет, астросейсмологические наблюдения и многое, многое другое».

В основном разработкой космического телескопа им. Нэнси Грейс Роман занимается Центр космических полётов NASA им. Годдарда (Goddard Space Flight Center) с участием Лаборатории реактивных двигателей (Jet Propulsion Laboratory) и Центра обработки и анализа инфракрасных данных в Пасадене, штат Калифорния (Infrared Processing and Analysis Center), Балтиморского Института исследований космоса с помощью космического телескопа (Space Telescope Science Institute) и команды учёных, представляющих разнообразные научные учреждения США.

В первых варианта проекта космического телескопа Роман 2011 г. предполагалось, что его оснастят зеркалом меньшего диаметра (1,3 м) и одним инструментом. Текущий и окончательный проект был представлен в 2015 г. в отчёте WFIRST-AFTA.

Статья, в деталях описывающая телескоп Роман, который будет запущен уже в этом десятилетии, была обнародована в 2019 г., и имела громкое название: «Широкодиапазонная инфракрасная обсерватория: 100 «Хабблов» 2020-х».

В 2022 г. NASA оценила общие расходы на запуск телескопа «Роман» в 255 млн. долларов, включая обслуживание запуска и прочие связанные с миссией затраты.

Основное зеркало космического телескопа Роман имеет диаметр в 2,4 метра, такой же, как и у «Хаббла», но весит вчетверо меньше — 168 кг.

Зеркало даёт телескопу угол обзора в 0,281 кв. градус и направляет свет на два главных инструмента на борту космического телескопа Роман: широкоугольную камеру и коронограф. Бочкообразная форма космического аппарата заслоняет собой нежелательное свечение Солнца.

Предполагается, что за 5-летний срок эксплуатации телескопа получится произвести измерение свечения миллиарда галактик, что будет способствовать выполнению главной миссии космического телескопа Роман — изучению тёмной энергии.

Как отмечает NASA, по оценкам физиков около 68% общего содержания энергии/материи приходится на тёмную материю, хотя пока не ясно, что это такое. Одним из способов решения этой проблемы было бы наблюдение над изменением влияния тёмной энергии с течением времени.

Широкоугольный инструмент космического телескопа Роман поможет исследовать этот момент с помощью картографирования распределения материи на просторах Вселенной и измерения расширения Вселенной с тех пор, как ей исполнилось примерно 500 миллионов лет, что составляет примерно 4% от её возраста. Исследовав яркости сверхновых звёзд и расстояния до них, а также взрывы, происходящие в конце жизни звёзд, космический телескоп Роман может обнаружить первые следы тёмной энергии, и таким образом дать учёным представление о том как влияние этой загадочной силы возрастало с течением времени.

Помимо исследования далёких сверхновых и изучения окраин Солнечной системы, телескоп Роман будет «охотиться» за планетами, вращающимися вокруг других звёзд.

Постдок Луз Анхела Гарсиа (Luz Ángela García) отвечает на часто задаваемые вопросы о телескопе и тёмной энергии

Постдокторанту космологии Луз Анхеле Гарсия из Боготы (Колумбия) задали несколько вопросов о космическом телескопе им. Нэнси Грейс Роман и тёмной энергии.

Вы могли бы сравнить космический телескоп им. Н.Г.Роман с космическим телескопом им. Джеймса Уэбба (JWST)?

Оба телескопа оптимизированы для работы в инфракрасном диапазоне волн, однако у JWST очень узкое и детализированное поле обзора. Роман, напротив, охватит очень широкую область небосвода. Чтобы объяснить эту разницу, можно сказать, что у этих телескопов разные научные цели, и таким образом зона их покрытия должна быть адаптирована к потребностям наблюдателей.

Целью JWST является получить изображение неба вглубь, в то время как Роман обеспечит широкомасштабную картинку. Он дополнит другие широкомасштабные галактические исследования, проводимые с поверхности земли, такие как DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument — инструмент спектрометрии тёмной энергии — прим. перев.) или строящуюся обсерваторию им. Веры Рубин.

Как космический телескоп им. Н.Г.Роман будет изучать тёмную энергию?

Большинство характеристик телескопа им. Н. Г. Роман сделает его подходящим инструментом для изучения природы тёмной энергии. Благодаря широкому обзору небосвода, телескоп зафиксирует беспрецедентное количество галактик, что позволит нам понять влияние тёмной энергии в широких космологических масштабах и распределение и эволюцию галактик. С помощью такой масштабной карты галактик мы сможем получить надёжный прогноз акустического пика.

С другой стороны, телескоп им. Н. Г. Роман сконцентрируется на сигналах в инфракрасном диапазоне. Таким образом он «увидит» галактики, которые имеющиеся наземные телескопы могут не замечать. Кроме того, этот телескоп будет следить за большим количеством сверхновых звёзд типа Ia (изначально именно этот тип объектов привёл к возникновению концепции тёмной энергии и ускорения расширения Вселенной). И самое важное — его наблюдения за тёмной энергией и масштабной структуры Вселенной дополнят данные, полученные другими обсерваториями.

Каково будет влияние телескопа им Н. Г. Роман на астрономию?

Каждый новый телескоп даёт новую информацию о тёмной энергии, структуре материи и о самой Вселенной. Этот телескоп позволит нам получить очень масштабную карту галактик в инфракрасном излучении. Таким образом, это будут не только близлежащие галактики, но в основном ранние галактики, чей свет пролетел долгое время до того, как достигнуть зеркал телескопа Роман, поэтому их свет будет иметь большое красное смещение.

Ещё телескоп им. Н.Г.Роман займётся другими интересными темами, такими как экзопланеты, предоставляя крупнейшую статистику планетных систем нашей галактики, а также иными астрономическими проблемами в инфракрасном спектре, которые ни «Хаббл» ни «Уэбб» не в состоянии решить из-за их узкого поля зрения.