Вчені прогнозують, що одне з основних спостережень, яке планується здійснити за допомогою космічного телескопа Ненсі Грейс Роман від NASA, може виявити близько 100,000 небесних спалахів, починаючи від вибуху зірок і закінчуючи чорними дырами. Роман може навіть знайти свідчення існування деяких з перших зірок у Всесвіті, які, за оцінками, вмирають без жодного залишку.
Космічні вибухи дають підказки до розгадування деяких з найбільших таємниць Всесвіту. Однією з цих загадок є природа темної енергії — таємничого тиску, який, як вважають, прискорює розширення Всесвіту.
«Це дослідження стане справжнім сховищем знань, незалежно від того, чи ви хочете вивчати темну енергію, вмираючі зірки, галактичні потужності, або, можливо, ще багато нового, чого ми ніколи не бачили», — сказав Бенджамін Роуз, доцент в університеті Бейлора, який очолював дослідження. Результати дослідження опубліковані в Астрономічному журналі.
Отримане спостереження отримало назву Високо-Широтне Спостереження Часового Простору. Ця програма буде досліджувати однакову велику ділянку космосу кожні п’ять днів протягом двох років. Вчені об’єднають ці спостереження, створивши «фільми», що розкривають різномантні космічні феєрверки.
Серед них — вибухаючі зірки. Вивчення зосереджене на пошуку особливого класу наднових, відомих як тип Ia. Ці зіркові катастрофи дозволяють науковцям вимірювати космічні відстані та простежувати розширення Всесвіту, адже вони досягають піку приблизно з однаковою внутрішньою яскравістю. Визначення швидкості розширення Всесвіту в різні космічні епохи дає підказки про природу темної енергії.
В новому дослідженні вчені змоделювали все спостереження «Високо-Широтного Часового Простору». Результати свідчать про те, що Роман зможе зафіксувати близько 27,000 наднових типу Ia — це вдесятеро більше, ніж у всіх попередніх спостереженнях разом узятих.
Крім суттєвого збільшення загальної кількості цих наднових, Роман також розширить межі того, наскільки далеко назад у часі ми зможемо їх спостерігати. В той час як більшість з виявлених досі сталося приблизно протягом останніх 8 мільярдів років, Роман має спостерігати величезні кількості наднових, що відбулися раніше в історії Всесвіту, включаючи понад тисячу, які вибухнули більше 10 мільярдів років тому, і потенційно десятки з часів, що сягають 11.5 мільярдів років. Це означає, що Роман, безсумнівно, встановить новий рекорд для найбільших наднових типу Ia, значно розширюючи наше уявлення про ранній Всесвіт та заповнюючи критичні прогалини у нашому розумінні еволюції космосу.
«Заповнення цих прогалин у даних може також пролити світло на розуміння темної енергії», — зазначив Роуз. «Стає зрозумілим, що темна енергія змінювалася з часом, і Роман допоможе нам зрозуміти ці зміни, вивчаючи космічну історію способами, недоступними іншим телескопам».
Проте наднові типу Ia будуть приховані серед значно більшого зразка вибухаючих зірок, які Роман побачить під час початку наукових операцій у 2027 році. Команда оцінює, що Роман також виявить близько 60,000 наднових колапсу ядра, які виникають, коли масивна зірка вичерпує паливо і колапсує під власною вагою.
Це відрізняється від наднових типу Ia, які виникають у двійкових системах зірок, що містять принаймні один білий карлик — малу, гарячу залишкову частину зірки, схожої на Сонце, котра забирає матеріал у супутника. Наднові колапсу ядра не такі корисні для дослідження темної енергії, як тип Ia, але їх сигнали виглядають подібно здалека.
«Спостерігаючи за тим, як світло об’єкта змінюється з часом і розподіляючи його на спектри — окремі кольори з візерунками, що розкривають інформацію про об’єкт, який випромінює світло, — ми можемо розрізняти всі різні типи спалахів, які Роман спостерігатиме», — сказала Ребека Хонселл, асистентка наукового співробітника в Університеті Меріленда, яка працює в Космічному Центрі Годдарда НАSА у Грінбелті, штат Меріленд, та співавтор дослідження.
«З даними, які ми створили, науковці можуть навчити алгоритми машинного навчання розрізняти різні типи об’єктів і просіювати величезну кількість даних Романа, щоб знайти їх», — додала Хонселл. «Шукаючи наднові типу Ia, Роман також збереться багато космічного «потрапляння» — інших явищ, які не будуть корисні для деяких науковців, але стануть безцінними для інших».
Приховані Перлини
Завдяки великому та глибокому огляду космосу, вчені вважають, що спостереження також виявлять надзвичайно рідкісні та важкодоступні явища, включаючи ще більш рідкісні зіркові вибухи та зірки, що руйнуються.
Приблизно при близькому підході до чорної діри, інтенсивна сила тяжіння може розривати зірку у так званій події збройного спотворення. Залишки зірки нагріваються, обертаючись навколо чорної діри, створюючи світіння, яке астрономи можуть спостерігати з величезних відстаней. Вчені вважають, що спостереження Романа виявить 40 подій збройного спотворення, відкриваючи можливість дізнатися більше про фізику чорних дір.
Команда також оцінює, що Роман знайде близько 90 надсвітлових наднових, які можуть бути в 100 разів яскравішими, ніж звичайні наднові. Вони є досить потужними, але вчені ще не зовсім зрозуміли, чому так. Знайти більше з них допоможе астрономам оцінити різні теорії.
Ще рідкіснішими, та й потужнішими, Роман може також зафіксувати кілька кілонов. Ці вибухи відбуваються, коли дві нейтронні зірки — неймовірно щільні залишки зірок, які вибухнули як наднові — зіткнуться. Досі був зафіксований лише один доказ кілонов. Команда оцінює, що Роман зможе виявити ще п’ять.
Це допоможе астрономам дізнатися значно більше про ці таємничі явища, включаючи їхнє подальше існування. На даний момент вчені не знають, чи призводять кілонови до утворення однієї нейтронної зірки, чорної діри, або чогось зовсім іншого.
На додачу, Роман може зафіксувати детонації деяких з перших зірок, що утворилися у Всесвіті. Ці ядерні «п炉н» були гігантськими, до сотень разів масивнішими, ніж наше Сонце, і вільними від важких елементів, які ще не виникли.
Вони були настільки великими, що вчені вважають, що вони вибухнули інакше, ніж сучасні масивні зорі. Замість того, щоб досягти стадії, коли важка зірка сьогодні колапсує, інтенсивні гамма-промені всередині перших зірок могли перетворитися на пари часток і антипарток (електронів та позитронів). Це б позбавило тиску, який підтримує зорі, до моменту їх колапсу, що призводить до вибухів такої сили, що, ймовірно, залишило б нічого.
Досі астрономи виявили близько півдюжини кандидатів на ці наднові «парної нестабільності», але жодна з них не була підтверджена.
«Я вважаю, що Роман здійснить перше підтверджене виявлення наднової парної нестабільності», — сказав Роуз — насправді дослідження показують, що Роман знайде більше 10 таких явищ. «Вони надзвичайно далекі та дуже рідкісні, тож потрібен телескоп, який може досліджувати величезну частину неба на глибоких експозиціях у ближньому інфрачервоному світлі, і таким є Роман.»
Майбутня версія моделювання може включати ще більше типів космічних спалахів, таких як змінні зірки та активні галактики. Інші телескопи можуть продовжити дослідження рідкісних явищ і об’єктів, виявлених Романом, щоб вивчити їх у різних зонах світла для більш детального аналізу.
«Роман знайде цілу купу дивовижних і незвичних речей у космосі, в тому числі таких, про які ми навіть не подумали», — зазначила Хонселл. «Ми безумовно очікуємо несподіванок.»
Щоб дізнатися більше про телескоп Романа, відвідайте www.nasa.gov/roman.
Телескоп Ненсі Грейс Роман управляється в Космічному Центрі Годдарда NASA у Грінбелті, штат Меріленд, з участю Лабораторії реактивного руху NASA в Південній Каліфорнії; Caltech/IPAC у Пасадені, Каліфорнія; Інституту науки космічного телескопа в Балтиморі; та наукової команди, що складається з науковців з різних дослідницьких установ. Основні індустріальні партнери — це BAE Systems Inc. у Боулдері, Колорадо; L3Harris Technologies у Рочестері, Нью-Йорк; та Teledyne Scientific & Imaging у Тусоні, Каліфорнія.
