Римский телескоп готов: новая обсерватория NASA взглянет на темную Вселенную в 100 раз шире Хаббла

ГРИНБЕЛТ, штат Мэриленд — Во вторник (21 апреля) в Космическом центре имени Годдарда NASA я наблюдал, как ученые с гордостью стояли вокруг металлического устройства с возвышающимися оранжевыми солнечными панелями и сверкающим серебристым основанием. Прямо передо мной в стерильной чистой комнате сиял космический телескоп имени Нэнси Грейс Роман — наконец-то полностью готовый.

«Я очень надеюсь и даже ожидаю, что самая захватывающая наука с помощью Романа будет связана с тем, чего мы не ожидали, чего не могли предсказать, но что поставит новые глубокие вопросы для будущих миссий», — заявила Джули Макгенри, старший научный сотрудник проекта Roman, во время пресс-конференции во вторник.

Названный в честь первого руководителя отдела астрономии NASA и первой женщины, занявшей руководящую должность в агентстве, этот космический телескоп должен стать еще одним ценным инструментом в поисках человечества, стремящегося понять истинную природу Вселенной. Он встанет в один ряд с нашими мощными роботизированными глазами в небе — знаменитыми инструментами, такими как «Джеймс Уэбб» (JWST), SPHEREx, космический телескоп «Евклид» и даже стареющий, но неизменно впечатляющий «Хаббл». Однако, как и в случае с каждой из этих знаменательных обсерваторий, у новой есть своя специализация.

Прежде всего, запуск запланирован на сентябрь 2026 года — на восемь месяцев раньше запланированного срока и в рамках бюджета. Космический телескоп имени Нэнси Грейс Роман (или сокращенно «Роман») способен показать нам уголки космоса, которых мы еще не касались.

По данным NASA, главное зеркало Романа имеет ширину около 2,4 метра (7,9 фута), что аналогично зеркалу Хаббла. Однако Роман может делать снимки, охватывающие участок неба по крайней мере в 100 раз больше, чем может охватить Хаббл.

«Его способность к обзору более чем в 1000 раз быстрее, чем у Хаббла, и он может охватить в 200 раз больше неба на одном снимке», — сказал на конференции администратор NASA Джаред Айзекман. — «То, на что Хабблу потребовалось бы 2000 лет, Роман может сделать за год. Изображения, которые он захватит, будут такими большими, что не существует экрана, способного их показать».

Для контекста: за примерно 35 лет своей службы Хаббл собрал около 400 терабайт данных; после того как Роман полностью заработает на своем рабочем месте в космосе, он сможет создавать 500 терабайт данных в год.

Космический и панорамный

Роман специально откалиброван для съемки Вселенной в видимом и ближнем инфракрасном свете. Разные телескопы видят Вселенную в разных длинах волн. Например, JWST специализируется на инфракрасных наблюдениях, в то время как возможности Хаббла позволяют ему видеть некоторое инфракрасное излучение, но в основном видимый и ультрафиолетовый свет.

Такая диверсификация важна, потому что участок неба можно представить как имеющий различные слои. Многие чрезвычайно далекие объекты видны только в инфракрасном свете (состоящем из сверхдлинных волн, невидимых для человеческого глаза), поэтому для расшифровки этого слоя нужен инфракрасный телескоп. Но в том же участке неба есть объекты в видимом свете, которые необходимо изучить более детально, для чего нужен телескоп, работающий как сверхмощный человеческий глаз. И так далее.

Что отличает Роман от других, помимо высокой скорости обработки данных? По сравнению с JWST, снимки Романа, сделанные его широкоугольным инструментом (WFI), будут в 50 раз шире, но менее глубокими, потому что Роману не нужно проникать в глубокую Вселенную так, как это делает JWST. Он не видит инфракрасное излучение так, как JWST, и поэтому его использование для слишком далекого обзора было бы неэффективным.

Более конкретно: WFI состоит из 300-мегапиксельной видимо-ближней инфракрасной камеры и бесщелевого спектрографа (специального инструмента, позволяющего ученым фиксировать дисперсию света объектов в поле зрения). Но в этом мелком панорамном обзоре есть кое-что уникальное. Это означает, что ученым не нужно быть такими разборчивыми в выборе участка неба. Они могут просто проводить обзор в надежде найти интересную зацепку, чтобы затем приблизить ее. Это дает Роману возможность捕捉 события, которые происходят очень быстро, такие как быстрые радиовсплески, и увеличивает шансы ученых стать свидетелями замечательных сверхновых, сталкивающихся нейтронных звезд и других легко упускаемых явлений в тот самый момент, когда они происходят.

«Мы увидим тысячи сверхновых, и некоторые из них будут дальше, чем любые сверхновые, которые мы когда-либо видели раньше», — рассказал Space.com Доминик Бенфорд, научный сотрудник программы телескопа имени Нэнси Грейс Роман. — «Мы проследим историю Вселенной через взрывающиеся звезды».

Темная и тусклая Вселенная

Несмотря на долгие годы поисков ответа, ученые до сих пор не знают, что именно представляют собой темная материя и темная энергия. Все, что мы знаем наверняка, — это то, что обычной материи нашей Вселенной, по-видимому, недостаточно, чтобы галактики не разваливались, и что Вселенная также ускоряет свое непрерывное расширение гораздо быстрее, чем кажется нормальным. Первое объясняется веществом, называемым «темной материей», подхватывающим эстафету там, где обычная материя не справляется, а второе — «темной энергией», движущей этим расширением. Эти две субстанции вместе составляют 95% Вселенной, но до сих пор ни разу не были достоверно обнаружены.

Конечно, учитывая такую историю, нельзя знать наверняка, раскроет ли Роман внезапно, что такое темная Вселенная на самом деле, но если все пойдет по плану, можно ожидать, что он приблизит нас к ответу. Благодаря широкому полю зрения Роман сможет быстро получать изображения множества галактик, создавая детальные трехмерные виды космоса. Таким образом, он сможет показать нам такие вещи, как динамика различных галактик, и отследить расширение Вселенной — два основных способа исследования темной материи и темной энергии.

«Мы также изучим, как сама Вселенная расширялась с течением времени. И это ключи к разгадке фундаментальной природы темной материи, темной энергии и самой ткани Вселенной», — сказала Макгенри.

И это не говоря о том, что другой специальный инструментарий Романа может сделать для науки. Например, у него есть коронограф — инструмент, который может блокировать блики далеких солнц и помогать миссии напрямую получать изображения экзопланет. Фактически, NASA заявляет, что коронограф этого телескопа может обнаруживать планеты в 100 миллионов раз более тусклые, чем их звезды. Эта способность примерно в 100–1000 раз лучше, чем у существующих космических коронографов.

Путь к запуску

Теперь, когда Роман готов, следующий этап его путешествия может вот-вот начаться. Он включает в себя доставку на космодром — в Космический центр Кеннеди во Флориде — и проведение необходимых предпусковых испытаний. Значительный объем предпусковых испытаний уже проведен: обсерваторию подвергали воздействию экстремальных звуков, интенсивной тряске, экстремальной жаре и холоду и многому другому. Звучит сурово, но смысл в том, чтобы убедиться, что Роман сможет выдержать тяготы запуска и самую экстремальную из известных нам сред — космос.

«Большая часть того, что осталось, — это окончательные проверки и завершающие работы», — рассказал Space.com Джереми С. Перкинс, научный сотрудник по интеграции и испытаниям обсерватории Roman. — «Есть много заключительных работ с экранированием, а также проверка того, что мы установили все датчики и сняли те, которые использовались для тестирования».

Что касается процедур запуска, после того как все аспекты испытаний будут завершены, NASA выбрало ракету SpaceX Falcon Heavy для доставки этого сокровища в космос. На сегодняшний день было проведено 11 запусков Falcon Heavy со 100-процентным успехом для этой 70-метровой ракеты. Оказавшись в космосе после отделения от ракеты, Роман направится в стабильную точку на расстоянии около миллиона миль от Земли, называемую точкой Лагранжа L2. Это популярное место среди космических исследователей, поскольку оно позволяет оставаться в тени от солнечного тепла, сохраняя при этом такую орбиту, чтобы центр управления полетами мог легко поддерживать связь.

Будем надеяться, что JWST, «Евклид» и остальная команда L2 встретят Романа с распростертыми объятиями (солнечными панелями?).

Успешное завершение сборки Романа знаменует собой важную веху, но самые захватывающие открытия еще впереди. Ученые особенно надеются, что телескоп сможет пролить свет на природу темной энергии — загадочной силы, которая заставляет Вселенную расширяться все быстрее. В отличие от «Евклида» (европейского телескопа с похожей миссией), Роман будет обладать уникальной способностью не только картографировать распределение темной материи, но и искать экзопланеты методом прямого наблюдения. Если коронограф сработает так, как задумано, мы можем получить первые в истории снимки планет земной группы у соседних звезд — и, возможно, даже признаки биосигнатур в их атмосферах. Следующие полтора года станут решающими для команды миссии, которая готовит свой «глаз» к прыжку в неизведанное.