Roman teleskopas: plataus laukelio revoliucija visatai

Visata ką tik įgijo naujo tipo plataus kampo akį. Tyliu ir poetiškos apimties inžinerijos darbu NASA Nancy Grace Roman kosminis teleskopas pasiruošęs perbraukti per dangų taip, kaip Hubble niekada negalėjo: aštrus detalumas, išsidėstęs per didžiules dangaus sritis.

Roman derina veidrodį, tokio pat dydžio kaip Hubble (7,9 pėdos arba apie 2,4 m pločio), su instrumentu, sukurtu mastui. Plataus laukelio instrumentas mato taip giliai kaip Hubble kameros, bet vienoje nuotraukoje užfiksuoja maždaug 100 kartų didesnį plotą. Pasekmės beveik svaigina. Tai, ką Hubble dešimtmečius tyrinėjo po truputį, Roman teoriškai galėtų aprėpti visą dangų panašiu raiškumu. Tai nėra kukli ambicija. Tai žemėlapių kūrėjų revoliucija.

Užuot žiūrėjęs per spynelę, Roman pravers katedros duris. Dėl tokio pločio astronomai tikisi efektyviau rasti retus objektus: ką tik gimusias ir besitraukiančias žvaigždes, nuožulnius galaktikų spiečius, tamsiosios materijos silpną karkasą ir pasaulius, slepiančiussi tarp savo žvaigždžių akinimo.

Romano infraraudonųjų spindulių rega taip pat daro jį puikiu partneriu James Webb kosminiui teleskopui. Webb labai giliai kasa labai mažus dangaus lopinėlius; Roman parodys, kur ieškoti ir kaip tie gilūs gręžiniai dera didesnėje audroje. Kartu jie sukurs turtingesnį ir labiau susietą kosminės istorijos vaizdą.

Arizonos universitete dėstytojai ir studentai ruošiasi paversti Romano duomenų tėkmes atradimais. Dvi pagrindinės tyrimų kryptys sutelktos į visatos nematomąją daugumą: tamsiąją materiją ir tamsiąją energiją. Viena komanda, vadovaujama Elisabeth Krause, kuria metodą, vadinamą kinematiniu lęšavimu. Derindami Romano vaizdus su spektroskopiniais matavimais, jie siekia patikslinti, kaip išsidėsčiusi tamsioji materija ir kaip tamsioji energija stumia kosminį išsiplėtimą.

Kita grupė, vadovaujama Tim Eifler, stato skaičiavimo stuburą, kuris pavers milijardus galaktikų aptikimų į fizinę įžvalgą. Misija sugeneruos milžiniškus katalogus, kuriuose bus artimos ir tolimos galaktikos; kad juos paversti apribojimais kosmologijai reikalingas galingas skaičiavimas. Eifler laboratorija gavo finansavimą pridėti aukštos spartos išteklių universiteto sistemoms, kad modeliai galėtų pereiti nuo žalių skaičių prie skaičių, aprašančių visatos sudėtį.

Roman taip pat išbandys naujus būdus tiesiogiai matyti egzoplanetas. Jo koronografinis instrumentas yra technologinė pusiausvyros sija: slopindamas žvaigždės akinančią šviesą pakankamai ilgai, jis leidžia šmėkstelėti silpną palydovą. Kaukės, deformuojami veidrodžiai ir sumanūs filtrai bandys atskleisti planetas, kurios yra iki 100 milijonų kartų blankesnės už savo saules, tai yra pažanga dviem ar trim eilėmis didesnė už dabartinius kosminius koronografus.

NASA Nancy Grace Roman kosminio teleskopo trys pagrindinės stebėjimo programos, pabrėžtos šiame infografike, leis astronomams matyti visatą kaip niekada anksčiau, atskleisdamas milijardus kosminių objektų, išmėtytų per milžiniškas erdvės-laiko sritis. 

Kodėl tai svarbu? Beveik visos žinomos egzoplanetos buvo rastos netiesioginiais šešėlių žaidimais – smulkiais kritimais žvaigždės šviesoje arba judesio vingavimais. Koronografija siekia parodyti pačią planetą: jos atspindėtą šviesą, atmosferą, galbūt debesų ar cheminės sudėties požymius. Misijos projektuotojams ir būsimiems teleskopams, nukreiptiems į gyvybingumo paieškas, Romano koronografinis instrumentas yra pionierius.

Arizonos universiteto mokslininkai jau ruošiasi šioms stebėjimo programoms. Komandos, kurias vadovauja Mark Marley, Ewan S. Douglas, Ramya Anche ir Justin Hom, padėjo kurti koronografinį instrumentą ir naudos jį planetų atmosferoms tirti, sistemos architektūrai analizuoti ir žvaigždžių kalibravimui atrinkti. Zarah Brown modeliuoja jaunų, savaime švytinčių milžiniškų planetų infraraudonųjų spektro tipus – pasaulius, kurie termiškai spindi, nes vis dar karšti po susidarymo. Tokie modeliai suteikia misijos planuotojams informaciją, leidžiančią pasirinkti ekspozicijos trukmes neprarandant brangių stebėjimų valandų.

Romano tvarkaraštis juda greitai: mokslinė veikla numatyta pradėti 2027 m. sausį, o misija darys duomenis plačiai prieinamus bendruomenei. Arizonos universitetas vadovaus devynioms patvirtintoms tyrimų programoms, naudojančioms Romano duomenis, apimančioms tamsiąją energiją ir egzoplanetas, taip pat išsiplečiančioms į supermasyvių juodųjų skylių, gravitacinių lęšių, galaktikų formavimosi ir kosminio dulkių tyrimus.

Čia jaučiamas tikras šokio jausmas – komandos visame pasaulyje, tarpusavyje papildantys instrumentai ir skaičiavimo galia, reikalinga interpretuoti tai, kas bus fotonų potvynis. Roman nėra sukurtas pakeisti Hubble ar Webb. Jis sukurtas pakeisti klausimus, kuriuos užduodame jiems, rasti tai, ką jie gali praleisti, ir suteikti astronomams platų kontekstą, reikalingą suprasti, kur vienas atradimas stovi kosmose.

Lieka praktinė mintis: kai dangus galės būti nubraižytas tiek pločiu, tiek Hubble tipo aiškumu, kokie iki šiol nematomi raštai staiga įsitvirtins fokusavime?