Как 13 миллиардов лет назад во Вселенной возникли первые галактики? Как образовались гигантские космические структуры, которые мы наблюдаем сегодня в больших масштабах? Как происходила эволюция галактических скоплений и их отдельных компонентов? На эти вопросы нелегко ответить, потому что заглянуть так далеко в прошлое сложно даже с помощью самых современных телескопов, доступных сегодня. Отличные результаты были достигнуты космическим телескопом НАСА «Хаббл». Новый космический телескоп, который должен быть запущен в середине 2020-х годов, сможет внести большой вклад в решение вопросов научного сообщества.
Он называется Космический телескоп Нэнси Грейс Роман — космическая обсерватория, созданная НАСА для исследования неизведанных глубин Вселенной и получения ответов о темной энергии и темной материи. Телескоп имеет 2,4-метровое зеркало, как и его предшественник, но с обзором в 100 раз большим, чем у Хаббла.
Космический телескоп имени Нэнси Грейс Рома произведет полный переворот в изучении галактик и межгалактической среды. Он сможет наблюдать за небом в тысячи раз быстрее, чем это делал «Хаббл», даже при аналогичном разрешении. Тогда можно будет узнать, как собирались первые галактики и как они впоследствии трансформировались на протяжении всей истории Вселенной.
««Роман» даст нам возможность увидеть слабые объекты и рассмотреть галактики на больших отрезках космического времени. Это позволит нам изучить, как галактики собирались и трансформировались«, — говорит Свара Равиндранат, астроном из Научного института космического телескопа (STScI) в Балтиморе. В частности, важными будут два метода, используемые телескопом Роман:
Съемка с высоким разрешением и широким полем, которая позволяет определить положение галактик на небе;
Спектроскопия, которая обеспечивает их удаленность. Изучая электромагнитные спектры каждого объекта в поле зрения, можно понять широкий спектр характеристик источника и его окружения. А также строить гипотезы об их эволюции.
«Мы знаем, что галактики блокируют звездообразование, но мы не знаем почему. Благодаря широкому полю зрения Роман у нас больше шансов поймать их на месте преступления«, — говорит Кейт Уитакер, астроном из Массачусетского университета в Амхерсте.
На самом деле, звездообразование в галактиках не происходит с постоянной скоростью. Производство ускоряется или замедляется под воздействием нескольких факторов, включая галактические ветры от сверхмассивных черных дыр. Например, некоторые галактики произвели много звезд за очень короткое время и прекратили формирование в самом начале истории Вселенной. Другие все еще формируются. Другие находятся в состоянии покоя.
Ли Армус, астроном из IPAC/Caltech в Калифорнии, говорит:
С помощью телескопа Роман мы можем оценить, как быстро галактики производят звезды, и найти самые плодовитые галактики, которые производят звезды с огромной скоростью. Что еще более важно, мы можем узнать не только то, что происходит в галактике в момент нашего наблюдения, но и какова была ее история.
Галактики сгруппированы в очень сложные структуры шириной в миллиарды световых лет, соединенные нитями газа и темной материи. Эта сеть называется космической паутиной. Комбинируя методы спектроскопии и визуализации, можно составить ее карту и таким образом узнать о крупномасштабной структуре Вселенной.
Кроме того, поскольку Вселенная расширяется, свет от более удаленных галактик распространяется на более длинных (красных) волнах — явление, известное как красное смещение. Чем более удалена галактика, тем больше ее красное смещение. Инфракрасные детекторы телескопа Роман идеально подходят для достижения высоких значений красного смещения. Это нелегко, поскольку особенно удаленные галактики являются самыми слабыми и их труднее всего обнаружить.
«Сейчас с помощью таких телескопов, как «Хаббл», мы можем отобрать десятки галактик с высоким красным смещением«, — объясняет Рассел Райан, астроном из STScI. «С помощью Роман мы сможем отобрать тысячи образцов«.
До бесконечности и дальше
Исследователи могут заранее предсказать некоторые открытия, которые сделает космический телескоп Роман. Иначе говоря, зная цели миссии, они могут их предвидеть. Однако телескоп может также обнаружить то, что до сих пор не предсказал ни один ученый.
Роман не будет ориентироваться на конкретные космические объекты: он откроет наши горизонты в космосе, полностью погружая нас в неизвестность. И это выйдет за рамки всех установленных до сих пор границ. Совершенно иной подход по сравнению с космическим телескопом Джеймса Уэбба.