Космический телескоп NASA имени Нэнси Грейс Роман поможет учёным лучше понять менее заметные компоненты нашей галактики Млечный Путь — газ и пыль, разбросанные между звёздами и известные как межзвёздная среда.
Основные задачи миссии
Одной из главных программ наблюдений телескопа «Роман» является исследование галактической плоскости. В рамках этой программы будет проведено исследование, которое позволит заглянуть через нашу галактику к её самым удалённым краям. В результате будет составлено изображение примерно 20 миллиардов звёзд — это примерно в четыре раза больше, чем было нанесено на карту ранее. Учёные будут использовать данные этих звёзд для изучения и картирования пыли, через которую проходит их свет. Это позволит создать наиболее полную картину структуры Млечного Пути, звездообразования и происхождения нашей Солнечной системы.
«С помощью „Романа“ мы сможем превратить существующие художественные представления о Млечном Пути в более точные модели, основанные на данных, используя новые ограничения по трёхмерному распределению межзвёздной пыли», — сказала Кэтрин Цукер, астрофизик из Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт в Кембридже, штат Массачусетс.
Преодоление трудностей
Учёные знают, как, вероятно, выглядит наша галактика, комбинируя наблюдения Млечного Пути и других спиральных галактик. Однако пылевые облака затрудняют детальное изучение противоположной стороны нашей галактики. Представьте себе попытку составить карту района, глядя через окна дома, окружённого плотным туманом.
Телескоп «Роман» увидит сквозь «туман» пыли с помощью специализированной камеры и фильтров, которые наблюдают в инфракрасном диапазоне — свете с более длинными волнами, чем может обнаружить человеческий глаз. Инфракрасный свет с большей вероятностью проходит через пылевые облака без рассеяния.
Свет с более короткими волнами, включая синий свет, излучаемый звёздами, более легко рассеивается. Это означает, что звёзды, сияющие сквозь пыль, кажутся более тусклыми и красными, чем они есть на самом деле.
Сравнивая наблюдения с информацией о характеристиках звезды-источника, астрономы могут отделить расстояние до звезды от того, насколько её цвета были покрасневшими. Изучение этих эффектов позволяет выявить свойства пыли.
«Я могу спросить: „Насколько краснее и тусклее становится звёздный свет, который „Роман“ фиксирует на разных длинах волн?“ Затем я могу взять эту информацию и связать её со свойствами самих пылевых зёрен, а именно с их размером», — сказал Брэндон Хенсли, учёный, изучающий межзвёздную пыль в Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии.
Учёные также узнают о составе пыли и исследуют облака, чтобы изучить физические процессы, стоящие за изменением свойств пыли.
Итоги исследования
Подсказки, содержащиеся в свете звёзд, на который влияет пыль, позволяют оценить количество пыли между нами и звездой. Объединение результатов для многих звёзд позволяет астрономам построить подробные трёхмерные карты пыли. Это позволит учёным, таким как Цукер, создать модель Млечного Пути, которая покажет нам, как он выглядит снаружи. Затем учёные смогут лучше сравнить Млечный Путь с другими галактиками, которые мы наблюдаем только снаружи, и вписать его в космологическую перспективу эволюции галактик.
«„Роман“ добавит совершенно новое измерение к нашему пониманию галактики, потому что мы увидим миллиарды и миллиарды новых звёзд», — сказала Цукер. «Как только мы увидим звёзды, у нас будут и данные о пыли, потому что её влияние закодировано в каждой звезде, которую обнаруживает „Роман“».
Межзвёздная среда не только парит в Млечном Пути — она питает образование звёзд и планет. Плотные сгустки межзвёздной среды образуют молекулярные облака, которые могут гравитационно коллапсировать и запускать первые стадии развития звёзд. Молодые звёзды выбрасывают горячие ветры, которые могут заставить окружающую пыль слипаться в блоки, из которых формируются планеты.
«Пыль содержит много информации о нашем происхождении и о том, как всё появилось», — сказал Джош Пик, астроном-исследователь и руководитель отдела научных миссий по работе с данными в Институте научных исследований космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд. «Сейчас мы, по сути, стоим на очень большом пыльном зерне — Земля была построена из множества крошечных зёрен, которые срослись в гигантский шар».
Телескоп «Роман» идентифицирует молодые скопления звёзд в новых, далёких областях звездообразования, а также предоставит данные о «звёздных фабриках», ранее идентифицированных такими миссиями, как выведенный из эксплуатации космический телескоп NASA Spitzer.
«Если вы хотите понять формирование звёзд в различных средах, вы должны понять межзвёздный ландшафт, который его питает», — сказала Цукер. «„Роман“ позволит нам связать трёхмерную структуру межзвёздной среды с трёхмерным распределением молодых звёзд по диску галактики».
Новые трёхмерные карты пыли от «Романа» уточнят наше понимание спиральной структуры Млечного Пути — похожего на вертушку узора, где звёзды, газ и пыль скапливаются, как галактические пробки на дорогах. Комбинируя данные о скорости с картами пыли, учёные сравнят наблюдения с предсказаниями моделей, чтобы помочь определить причину спиральной структуры — в настоящее время это неясно.
Роль, которую эта спиральная структура играет в звездообразовании, остаётся столь же неопределённой. Некоторые теории предполагают, что галактическая перегрузка запускает звездообразование, в то время как другие утверждают, что эти заторы собирают материал, но не стимулируют рождение звёзд.
Телескоп «Роман» поможет решить подобные загадки, предоставив больше данных о пыльных регионах по всему Млечному Пути. Это позволит учёным сравнить множество галактических сред и изучить рождение звёзд в конкретных структурах, таких как извилистые спиральные рукава галактики или её центральный звёздный бар.
Сообщество астрономов в настоящее время находится на заключительных этапах планирования исследования галактической плоскости с помощью «Романа».
«Благодаря массивному исследованию галактической плоскости с помощью „Романа“ мы сможем получить это глубокое техническое понимание нашей галактики», — сказал Пик.
После обработки данные «Романа» будут доступны для общественности онлайн через Roman Research Nexus и Архив космических телескопов Барбары А. Микульски, которые будут предоставлять открытый доступ к данным в течение многих лет.
«Люди, которые ещё не родились, смогут провести действительно крутой анализ этих данных», — сказал Пик. «У нас есть действительно красивое наследие, которое мы можем передать будущим поколениям и которым можно гордиться».
Запуск «Романа» запланирован не позднее мая 2027 года, при этом команда работает над потенциальным ранним запуском уже осенью 2026 года.
Предоставлено Центром космических полётов NASA имени Годдарда