NASA готовится вывести на орбиту новый космический телескоп Nancy Grace Roman, которому прочат роль одного из главных инструментов в поиске ответов на ключевые вопросы современной космологии. Обсерватория должна изучить, как возникла Вселенная, из чего она состоит и как менялась со временем.

Запуск намечен на конец августа с Космического центра имени Кеннеди во Флориде. Миссия идёт с опережением первоначального графика на восемь месяцев и при этом остаётся в рамках бюджета — для флагманского проекта NASA это почти исключение.

Телескоп назван в честь Нэнси Грейс Роман — первого руководителя астрономического направления NASA и первой женщины, занимавшей руководящую должность в агентстве. Она умерла в 2018 году в возрасте 93 лет. Роман внесла важный вклад в изучение звёзд и сыграла решающую роль в формировании программы космической астрономии NASA.

В отличие от телескопа James Webb, который создан для детального изучения отдельных объектов, Roman рассчитан на масштабные обзоры неба. Он сможет охватывать огромные участки космоса, позволяя астрономам видеть Вселенную шире и лучше понимать, как она устроена и как изменяется.

История самого телескопа тоже необычна. Его проект начинался как «запасной» шпионский спутник, переданный NASA правительственным ведомством США, отвечающим за сбор разведданных из космоса. Позже агентство добавило к нему два основных прибора — широкоугольный инструмент и коронограф.

Широкоугольный инструмент будет регистрировать инфракрасное излучение из Вселенной. Его длина волны немного больше, чем у видимого света, поэтому прибор способен «видеть» сквозь космическую пыль и заглядывать глубже в космос. Поле зрения этого инструмента примерно в 100 раз шире, чем у инфракрасной камеры телескопа Hubble, при сопоставимой чёткости. Кроме того, он сможет проводить обзоры примерно в 1000 раз быстрее, чем Hubble: наблюдения, на которые у Hubble ушли бы столетия, Roman выполнит за долю этого времени.

Коронограф, в свою очередь, создан для того, чтобы блокировать ослепляющий свет ближайших звёзд. По замыслу это похоже на то, как если бы вы закрыли рукой Солнце, чтобы разглядеть слабый объект рядом с ним. Благодаря подавлению звёздного света инструмент поможет проверить методы прямого наблюдения тусклых планет и пыле-газовых дисков вокруг других звёзд.

За время миссии Roman, как ожидается, обнаружит миллиарды галактик и десятки миллиардов звёзд. Сила этого телескопа — в сочетании масштаба и точности: он увидит достаточно большую часть неба, чтобы выявлять общие космические закономерности, и при этом измерит галактики и звёзды настолько точно, чтобы фиксировать небольшие, но важные эффекты.

Современная космология опирается на модель, которая оказалась удивительно успешной. Согласно ей, обычная материя — всё, из чего состоят звёзды, планеты и люди, — составляет лишь небольшую долю Вселенной. Остальное приходится на две невидимые и загадочные составляющие.

Первая из них — тёмная материя, на долю которой приходится около 25% Вселенной. Она не отражает и не поглощает свет, но её гравитация помогает удерживать галактики вместе. Миссия Roman может пролить свет на её природу, проследив, как тёмная материя влияла на формирование галактик в разные эпохи космической истории.

Вторая скрытая составляющая — тёмная энергия, которая занимает около 70% Вселенной. Её природа по-прежнему неизвестна, но именно она заставляет расширение Вселенной ускоряться. На протяжении десятилетий астрономы считали её постоянной и однородной, однако недавние результаты указывают на то, что тёмная энергия может изменяться со временем. Roman должен проверить эти конкурирующие идеи.

Если тёмная энергия действительно постоянна, это означает, что Вселенная будет расширяться бесконечно. Если же она меняется, это может указывать на новую физику за пределами нынешних теорий. Кроме того, миссия может помочь ответить на давнюю загадку: почему мы наблюдаем Вселенную именно в эпоху, когда плотности материи и тёмной энергии примерно сопоставимы.

В ранней Вселенной доминировала материя. Тёмная материя формирует часть фундаментальной структуры Вселенной, известной как космическая паутина. В далёком будущем, как ожидается, полностью возобладает тёмная энергия. Нынешняя эпоха выглядит переходной — своего рода космический антракт, который длится миллиарды лет, но в масштабах жизни Вселенной остаётся очень коротким.

Это может быть простым совпадением, а может — подсказкой к новым открытиям. Возможно, тёмная энергия меняется со временем, гравитация ведёт себя иначе в космических масштабах или в модели Вселенной не хватает какого-то важного элемента. Различить эти сценарии можно только с помощью наблюдений на огромных отрезках космического времени — именно такие данные и должен собрать Roman.

Наука миссии не ограничивается космологией. Телескоп проведёт крупнейший на сегодняшний день обзор планет за пределами Солнечной системы и с помощью метода гравитационного микролинзирования сможет обнаружить тысячи новых миров. Этот эффект возникает, когда гравитация звезды на переднем плане на короткое время изгибает и усиливает свет более далёкой звезды, действуя как естественная линза. Если у ближайшей звезды есть планета, она может вызвать дополнительное небольшое усиление сигнала и выдать своё присутствие.

Многие из таких экзопланет трудно обнаружить с помощью двух самых распространённых методов — транзитного и метода лучевых скоростей. Но Roman сможет находить планеты на широких орбитах, маломассивные планеты и даже свободно блуждающие миры, не связанные ни с одной звездой.

Roman также станет частью новой эпохи обзорной астрономии. По своим возможностям он встанет в один ряд с другими крупными миссиями: европейская Euclid уже картографирует миллиарды галактик, чтобы изучать тёмную материю и тёмную энергию, а обсерватория Vera C. Rubin в Чили будет снова и снова сканировать южное небо. Вместе эти проекты помогут составить карту Вселенной в разных диапазонах, на разных расстояниях и в разных временных масштабах.

Кроме того, Roman будет дополнять телескоп James Webb: он сможет находить крупномасштабные структуры и необычные объекты на небе, а Webb затем будет изучать их в деталях. В современной астрономии такое сочетание широты и глубины наблюдений становится всё важнее.

Но, возможно, самый сильный эффект Roman даст там, где его меньше всего ждут. Повторные наблюдения больших участков неба помогут фиксировать редкие события и ранее неизвестные явления. Для астрономов это одна из самых интригующих сторон миссии. Если телескоп действительно сможет картировать Вселенную с беспрецедентной точностью, он станет не только проверкой современной космологии, но и возможным шагом к новой физике.