VU astrofizikė: Nensės Greisės Romanos teleskopas – vienas ambicingiausių XXI a. NASA kosminių teleskopų

Rugpjūčio 30 d. į kosmosą bus paleistas Nensės Greisės Romanos (Nancy Grace Roman) kosminis teleskopas (NGRST). Vilniaus universiteto (VU) astrofizikė doc. Edita Stonkutė jį vadina vienu ambicingiausių XXI a. NASA (angl. National Aeronautics and Space Administration) kosminių teleskopų, kurio tikslas – iš esmės praplėsti žmonijos supratimą apie Visatą.

Plataus regos lauko teleskopas leis stebėti milžiniškus dangaus plotus, tirti tamsiąją materiją ir tamsiąją energiją, ieškoti tūkstančių naujų egzoplanetų, tarp jų – ir į Žemę panašių pasaulių.

„Hablo motina“

Nensė Greis Romana (Nancy Grace Roman) stovi šalia Hablo kosminio teleskopo maketo prie Hablo valdymo centro NASA Godardo kosminių skrydžių centre Merilande | NASA nuotr.Teleskopas pavadintas dr. N. G. Romanos (g. 1925) vardu. Ji buvo pirmoji NASA astronomijos programų vadovė ir viena pagrindinių Hablo kosminio teleskopo architekčių. Dar mokykloje N. G. Romana pasiryžo gyvenimą sieti su astronomija, nepaisant neigiamo požiūrio į moteris astronomes anuomet. Prie ką tik įkurtos NASA ji prisijungė 1959 m.

„Beveik du dešimtmečius dirbdama NASA ji siekė politinės bei finansinės paramos Hablo teleskopui: telkė mokslininkus, inžinierius ir politikus, kūrė teleskopo mokslinius tikslus, prisidėjo prie svarbiausių technologinių sprendimų. Kolegos ją netgi praminė „Hablo motina“.

O šiandien jos vardą turi vienas ambicingiausių XXI a. NASA kosminių teleskopų, kurio tikslas toks pat drąsus, kokio kadaise siekė ir ji pati – iš esmės praplėsti žmonijos supratimą apie Visatą“, – sako doc. E. Stonkutė.

Teleskopas, kuris neturėjo egzistuoti

NGRST istorija – neeilinė. Jo pagrindą sudaro sistema, sukurta visai ne astronominiams stebėjimams. „Po 2001 m. rugsėjo 11 JAV Nacionalinė žvalgybos tarnyba (NRO) užsakė itin galingus kosminius teleskopus žvalgybos tikslams.

Vėliau dalis šios programos buvo nutraukta, o NRO liko su pertekliniais 2,4 metro skersmens teleskopais. 2012 m. vienas iš jų buvo pasiūlytas NASA. Agentūra šia galimybe pasinaudojo, ir būtent ši sistema tapo būsimo NGRST pagrindu.

Tam tikra prasme tai teleskopas, kuris neturėjo egzistuoti. Sukurtas kariniams tikslams Žemėje, dabar jis bus naudojamas tolimiausioms galaktikoms ir didžiausioms Visatos paslaptims tyrinėti“, – aiškina doc. E. Stonkutė.

Pasak astrofizikės, palyginti su, pavyzdžiui, Džeimso Vebo (James Webb) kosminiu teleskopu (JWST), NGRST išsiskiria apimamu plotu: „JWST yra tarsi itin galingas artinantis objektyvas, kuris leidžia pažvelgti į tolimiausias ir seniausias Visatos sritis, jas išsamii ištirti. O NGRST panašesnis į plataus kampo kamerą, galinčią greitai apžvelgti didžiulius dangaus plotus.

Nors jis nebus toks jautrus smulkioms detalėms kaip JWST, didžiulis jo regos laukas leis sudaryti išsamius kosmoso žemėlapius ir aptikti retus ar sunkiai pastebimus reiškinius. JWST padeda atskleisti, kokia buvo ankstyvoji Visata, o NGRST leis suprasti, kaip ji vystėsi ir kūrėsi per milijardus metų.“

NGRST sveria apie 10,5 tonos ir veiks Saulės bei Žemės sistemos stabiliame antrajame Lagranžo taške, maždaug 1,5 mln. kilometrų nuo Žemės – ten pat rastumėte ir JWST. Pagrindinis naujojo teleskopo veidrodis yra tokio pat skersmens kaip ir Hablo – 2,4 metrų. Tačiau jis yra pranašesnis už pastarąjį.

„NGRST plataus lauko kamera vienu metu aprėps maždaug 100 kartų didesnį dangaus plotą nei Hablo teleskopas, išlaikydama panašią vaizdo kokybę. Tai leis sudaryti precedento neturinčius Visatos žemėlapius, stebėti šimtus milijonų galaktikų ir aptikti tūkstančius naujų planetų.

Paprastai tariant, NGRST bus lyg dangaus žvalgas. Palyginimui: Hablo teleskopas yra lyg detalėms atidus fotografas, o JWST – lyg kosmoso detektyvas, atskleidžiantis giliausias Visatos paslaptis“, – pasakoja mokslininkė.

Tamsioji energija, tamsioji materija ir nauji pasauliai

NGRST keliami trys pagrindiniai moksliniai uždaviniai – atrasti į Žemę panašią planetą, padėti geriau suprasti tamsiąją materiją ir tamsiąją energiją.

„Didžiausias uždavinys yra geriau suprasti tamsiąją energiją, kuri, kaip manoma, lemia spartėjantį Visatos plėtimąsi. Teleskopas stebės milijardus galaktikų ir tūkstančius supernovų, todėl mokslininkai galės itin tiksliai rekonstruoti Visatos plėtimosi istoriją.

O stebint tolimų galaktikų šviesos iškreipimus bus galima aptikti ir tiesiogiai nematomos tamsiosios materijos poveikį – remiantis šiais stebėjimais bus kuriami vieni tiksliausių tamsiosios materijos pasiskirstymo žemėlapių žmonijos istorijoje. Trečioji didžioji kryptis – egzoplanetų (planetų už Saulės sistemos ribų) paieška“, – vardija doc. E. Stonkutė.

Pasak pašnekovės, šiuo metu jau atrasta virš 6350 egzoplanetų. Tikimasi, kad NGRST atras daugiau planetų už Saulės sistemos ribų nei bet kuris ankstesnis kosminis teleskopas. Tarp jų gali būti ir į Žemę panašių, todėl teleskopas padės atsakyti į vieną svarbiausių šiuolaikinės astronomijos klausimų: ar mūsų planeta yra išskirtinė, ar vis dėlto tokių pasaulių Visatoje gausu.

Planetų paieškai – VU astronomų naudojamas būdas

NGRST planetų ieškos pirmiausia pasitelkdamas gravitacinio mikrolęšiavimo efektą. Tai būdas, kurį naudodami VU astronomai drauge su Lenkijos mokslininkais ieško žvaigždinės masės juodųjų skylių Galaktikoje ir yra prisidėję prie egzoplanetos AT2021ueyL b atradimo.

„Šis reiškinys pasireiškia tada, kai žvaigždė ar kitas objektas praslenka priešais kitą, tolimesnę žvaigždę. Artimesnės žvaigždės gravitacija veikia tarsi lęšis ir trumpam sustiprina tolimesnės šviesą. Jei aplink pirmąją žvaigždę skrieja planeta, ji sukelia papildomą labai trumpą šviesos pokytį.

Analizuodami šiuos pokyčius astronomai gali nustatyti, kad planeta egzistuoja, įvertinti jos masę ir orbitos ypatybes. Šis būdas ypač vertingas, nes leidžia aptikti planetas, kurias kitais būdais rasti labai sunku, įskaitant mažas, į Žemę panašias planetas, esančias toli nuo savo žvaigždės.

Daugumos mikrolęšiavimo įvykių neįmanoma numatyti iš anksto, tad, norint aptikti jų kuo daugiau, būtina stebėti kuo didesnį dangaus plotą. Būtent tuo NGRST ir yra pranašesnis už kitus teleskopus, kuriais egzoplanetų ieškota kitokiais būdais.

Tikimasi, kad jis atras tūkstančius naujų egzoplanetų ir reikšmingai papildys žinias apie planetų sistemų įvairovę mūsų Galaktikoje“, – pasakoja VU docentė.

Teleskope įrengta viena svarbiausių ir pažangiausių technologinių naujovių – koronografas. „Šis prietaisas gali tarsi skydas užblokuoti ryškią žvaigždės šviesą ir leisti tiesiogiai stebėti daug blankesnius aplink ją esančius objektus, pavyzdžiui, planetas, įprastai „besislepiančias“ žvaigždžių spindesyje.

NGRST koronografas turėtų būti iki 1000 kartų jautresnis – gebės aptikti daug blankesnius daiktus nei ankstesni kosminiai koronografai.

Nors šis teleskopas nebus tiesiogiai skirtas gyvybės paieškai, jis padės išbandyti technologijas, kurių ateityje prireiks fotografuojant į Žemę panašias planetas ir tiriant jų atmosferas. Taigi teleskopas ne tik atras naujų pasaulių, bet ir padės pasirengti būsimoms gyvybės paieškos misijoms“, – įsitikinusi astrofizikė.

NGRST duomenys sujungs kosminius ir antžeminius stebėjimus

NGRST misija sukurs vieną didžiausių viešai prieinamų astronominių duomenų archyvų istorijoje – tai duos naudos ne vien NASA ir didiesiems pasaulio tyrimų centrams. Šiais duomenimis galės naudotis viso pasaulio mokslininkai, tarp jų – ir Lietuvos.

„Surinktos žinios bus vertingos galaktikų evoliucijos, kosmologijos, didelio masto Visatos struktūrų, tamsiosios materijos ir egzoplanetų populiacijų tyrimams.

Be to, milžiniški duomenų kiekiai suteiks naujų precedentų taikyti dirbtinio proto ir mašininio mokymosi metodus astronominių stebėjimų analizei. Šiuolaikinėje astronomijoje prieiga prie teleskopų nebėra tokia svarbi.

Vis didesnę reikšmę įgauna gebėjimas apdoroti ir interpretuoti didžiuosius duomenis, todėl Lietuvos astronomų bendruomenė galės dirbti su tais pačiais duomenų rinkiniais kaip ir NASA, Europos kosmoso agentūros ar didžiausių pasaulio universitetų mokslininkai.

NGRST misijos atradimai gali tapti atspirties tašku ir antžeminiams stebėjimams. Lietuvos astronomai galės prisidėti prie tarptautinių stebėjimo kampanijų, naudodami VU Molėtų astronomijos observatorijos teleskopus papildomiems įdomiausių ar netikėtų daiktų stebėjimams ir jų savybėms tikslinti.

Tokia kosminių ir antžeminių observatorijų partnerystė šiandien yra vienas svarbiausių pažangios astronomijos tyrimų variklių“, – mano astrofizikė.