Obrazek wyróżniający: NASA GSFC/SVS
Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman (NGRST), wyniesiony na orbitę przez rakietę Falcon Heavy, obecnie zmierza do punktu L2, aby rozpocząć tam obserwacje i wykonywanie zdjęć. Urządzenie wystartowało 30 sierpnia bieżącego roku i kieruje się teraz do drugiego punktu Lagrange’a, wokół którego będzie krążyć, tak jak Teleskop Jamesa Webba.
Punkt L2 jest oddalony od Ziemi o około 1,5 miliona kilometrów w kierunku przeciwnym do Słońca. Umieszczenie tam teleskopów zapewnia im stabilne i chłodne środowisko, co jest korzystne dla obserwacji w podczerwieni. Drugi punkt Lagrange’a obiega Słońce z taką samą prędkością kątową jak Ziemia, dzięki czemu jego położenie względem naszej planety pozostaje względnie stałe. To ułatwia utrzymanie stabilnych warunków termicznych do obserwacji.
Ponadto Nancy Grace Roman jest oddalony na tyle, że Ziemia nie zasłania mu widoku, co gwarantuje ciągłość pracy. Tymczasem Teleskop Hubble’a musi radzić sobie na niskiej orbicie – około 483 km od Ziemi. Pełne okrążenie Ziemi zajmuje mu około 95 minut, a część każdego obiegu przypada na okres, gdy planeta zasłania obserwowany obszar nieba.
Teleskop kosmiczny Nancy Grace Roman.
W rejonie L2 NGRST rozpocznie przegląd nieba, który potrwa minimum 5 lat. Celem jego misji jest badanie ciemnej energii i ciemnej materii oraz poszukiwanie egzoplanet. Ma on również zaobserwować supermasywne czarne dziury, które mogą rozwikłać zagadkę powstania pierwszych struktur we Wszechświecie oraz ich wpływu na ewolucję galaktyk.
Ciemne energia i materia wypełniają około 95% naszego Wszechświata. Mimo to nie wiemy, czym dokładnie są. Obserwujemy jedynie ich wpływ na materię i światło: obiekty zachowują się inaczej, niż wynikałoby z naszych obliczeń. Jednym z dowodów na ich istnienie są powodowane przez nie skutki grawitacyjne, czyli m.in. krzywe rotacje galaktyk. Gdyby była w nich jedynie widzialna materia, prędkość obrotu gwiazd wokół centrum malałaby wraz z odległością. Jednak obserwacje wykazały, że ta prędkość jest praktycznie stała. To wskazuje na istnienie niewidzialnej formy materii, która nie emituje i nie odbija światła – ciemnej materii. Z kolei ciemną energią nazywamy czynnik, który odpowiada za przyspieszającą ekspansję Wszechświata.
Ponieważ światło z odległych galaktyk może potrzebować miliardów lat, aby dotrzeć do Ziemi, teleskopy widzą te galaktyki tak, jak wyglądały miliardy lat temu. Dlatego Roman zamierza śledzić ruch i gromadzenie się galaktyk w różnych etapach historii Wszechświata. To pozwoli mu zbierać dane o wpływie ciemnej materii i ciemnej energii na przestrzeni miliardów lat.
Instrument będzie też badać supermasywne czarne dziury poprzez obserwowanie zjawisk rozerwania pływowego gwiazd (TDE), do których dochodzi, gdy silne pole grawitacyjne czarnej dziury rozrywa gwiazdę. Wówczas rozgrzany materiał może emitować intensywne promieniowanie, powodując wykrywalny nagły rozbłysk. Analizując takie zdarzenia, dowiemy się więcej o właściwościach tych obiektów oraz ich wpływie na ewolucję galaktyk.
Oprócz tego NASA przewiduje, że podczas podstawowej pięcioletniej misji Teleskop Roman wykryje ponad 100 000 nowych egzoplanet, co składa się na średni wynik około 55 planet dziennie. Tę możliwość zapewnia mu szerokokątna kamera WFI, dzięki której będzie mógł obserwować jednocześnie 200 razy większy obszar nieba niż kamera podczerwona WFC3-IR w Teleskopie Hubble’a przy zachowaniu podobnej rozdzielczości. Roman wyposażony jest w 300-megapikselową kamerę bliskiej podczerwieni z 18 detektorami, z czego każdy z nich ma matrycę 4096×4096 pikseli. Jest ona zaprojektowana do badania ogromnych fragmentów nieba, rejestrując pole widzenia o wymiarach 0,8 na 0,4 stopnia. Dla porównania – jest to obszar nieba zbliżony rozmiarem do tarczy Księżyca widzianej z Ziemi.
Teleskop został nazwany na cześć Nancy Grace Roman – pierwszej Chief Astronomer w NASA, która objęła to stanowisko w 1959 roku, zostając pierwszą w historii kobietą, którą powołano na wyższe stanowisko kierownicze w tej agencji. Dzięki jej zasługom przy powstaniu projektu jest ona również określana matką Hubble’a.
Dzięki rozległemu polu widzenia teleskop będzie w tym samym czasie monitorował setki milionów gwiazd i szukał anomalii w ich jasności. Głównymi metodami, którymi będzie znajdować planety poza naszym Układem Słonecznym są mikrosoczewkowanie grawitacyjne oraz tranzyty. Ta pierwsza wykorzystuje sytuacje, w których gwiazda wraz z krążącą wokół niej planetą znajdzie się na tle innej, dalszej gwiazdy. Wtedy grawitacja bliższych obiektów zakrzywia światło gwiazdy tła i tworzy charakterystyczne rozjaśnienie. Obecność planety dodatkowo zaburza ten efekt, co może być widoczne jako krótkotrwałe odchylenie na krzywej blasku – wykresie jasności w czasie. Tranzyt zachodzi natomiast, gdy planeta przechodzi przed tarczą swojej gwiazdy, patrząc z naszej perspektywy, i zasłania niewielką część jej światła.
Diagram krzywej blasku mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Obecność planety towarzyszącej można wykryć na podstawie obecności małego „ząbka” na krzywej jasności.
NGRST będzie przesyłać na Ziemię około 1,4 terabajta danych dziennie. Tak ogromna ilość informacji może otworzyć możliwość udziału w poszukiwaniu egzoplanet nie tylko profesjonalnym astronomom, ale również amatorom. To multum danych, zwłaszcza w zestawieniu z Teleskopem Hubble’a, który wysyła średnio jedynie 2,7 gigabajta na dzień. Skoro Roman będzie generował aż 500 razy więcej danych niż Hubble, nasuwa się pytanie: czy nowy teleskop go zastąpi?
Oba teleskopy mają taki sam rozmiar zwierciadła głównego – 2,4 metra. To najważniejszy element optyczny w reflektorach (teleskopach zwierciadlanych), którego zadaniem jest zbieranie i skupianie światła. Pomimo identycznego rozmiaru, zwierciadło główne Roman, dzięki nowszym technologiom, jest ponad czterokrotnie lżejsze od zwierciadła Hubble’a – waży 186 kilogramów. Z kolei masa całkowita NGRST wynosi około 8 ton.
Jedną z różnic w budowie tych dwóch teleskopów są ich ogniskowe. Roman ma znacznie krótszą ogniskową niż Hubble, co pozwala jego instrumentowi szerokokątnemu uzyskać diametralnie większe pole widzenia. Ten szerszy widok daje Teleskopowi Nancy Grace Roman możliwość obserwacji dużych obszarów nieba w krótkim czasie. Podczas ponad trzech dekad obserwacji Hubble uchwycił zaledwie jedną dziesiątą procenta nieba. Naukowcy przewidują, że w ciągu pierwszych pięciu lat działania Roman sfotografuje 50 razy więcej nieba.
Przykładem jest panorama galaktyki Andromedy wykonana przez Hubble’a. Do jej stworzenia wykorzystano 7398 ekspozycji podczas 411 różnych punktowań teleskopu. NGRST do osiągnięcia podobnego efektu potrzebowałby zaledwie dwóch kadrów.
Porównanie możliwości pola widzenia teleskopu Roman i Hubble’a na przykładzie wycinka zdjęcia Galaktyki Andromedy.
Mimo że mogłoby się tak wydawać, Roman nie jest bezpośrednim następcą Hubble’a. Dłuższa ogniskowa zapewnia Hubble’owi większą rozdzielczość kątową i lepszą ostrość, przez co jest on lepszy w wykonywaniu szczegółowych obserwacji konkretnych obiektów, szczególnie w świetle ultrafioletowym i widzialnym. Każdy teleskop specjalizuje się w konkretnych długościach fali. Roman i Webb skupiają się przede wszystkim na obserwacjach w podczerwieni.
Nie są jednak konkurencją dla siebie, a zamierzają współpracować. Roman będzie świetny w przeszukiwaniu ogromnych obszarów kosmosu i znajdowaniu interesujących obiektów. Te następnie mogą zostać dokładniej zbadane przez Hubble’a lub Webba, które oferują lepszą rozdzielczość kątową. Każdy z tych teleskopów ma swoją własną specjalizację, a ich wzajemne uzupełnianie się pozwoli nam jeszcze dokładniej poznawać i odkrywać tajemnice Wszechświata.
Korekta – Laura Samoszuk
