Новая миссия НАСА поможет разгадать секреты Вселенной благодаря взрывающимся звёздам

Римский космический телескоп Нэнси Грейс
Космический телескоп Нэнси Грейс Роман в представлении художника. Авторы и права: NASA.

Космический телескоп Нэнси Грейс Роман (НАСА) позволит увидеть тысячи взрывающихся звёзд, называемых сверхновыми, на огромных отрезках времени и пространства. Используя эти наблюдения, астрономы смогут пролить свет на некоторые космические загадки, открывая тем самым окно в далёкое прошлое и туманное настоящее Вселенной.

Обзор сверхновых, проведённый с помощью будущего телескопа, поможет прояснить противоречивые измерения того, насколько быстро расширяется Вселенная, и даже предоставит новый способ исследования распределения тёмной материи, которую можно обнаружить только через её гравитационные эффекты. Одна из основных научных целей миссии заключается в использовании сверхновых для того, чтобы помочь понять природу тёмной энергии – необъяснимого космического явления, увеличивающего скорость расширения Вселенной.

Самая большая загадка космоса

Тёмная энергия составляет большую часть материи Вселенной, но мы на самом деле не знаем, что это такое.

“Сузив количество возможных объяснений, новый телескоп сможет произвести революцию в нашем понимании Вселенной, а тёмная энергия – лишь одна из многих целей, которые предстоит изучить в ходе миссии!”, – сказал Джейсон Роудс, старший научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии.

Космический телескоп Нэнси Грейс Роман будет использовать несколько методов для исследования тёмной энергии. Один из них предполагает поиск в небе взрывающихся звёзд особого типа, называемых сверхновыми типа Ia.

Большинство сверхновых возникает, когда у массивных звёзд заканчивается топливо, они быстро схлопываются под собственным весом, а затем взрываются из-за сильных ударных волн, которые выходят из их недр. Эти взрывы сверхновых случаются примерно раз в 50 лет в нашей галактике Млечный Путь. Данные показывают, что сверхновые типа Ia формируются из некоторых двойных звёздных систем, которые содержат по крайней мере один белый карлик – небольшой горячий остаток ядра звезды, похожей на Солнце. Сверхновые типа Ia встречаются гораздо реже, примерно раз в 500 лет в Млечном Пути.

В некоторых случаях карликовая звезда может поглощать материал своего компаньона. В конечном итоге это вызывает неконтролируемую реакцию, которая приводит к взрыву после того, как звезда достигает определённой точки, где она набирает такую ​​массу, что становится нестабильной. Астрономы также нашли доказательства, подтверждающие другой сценарий, в котором участвуют два белых карлика, движущиеся по спирали друг к другу до тех пор, пока не сольются. Если их совокупная масса достаточно высока, то они тоже могут сформировать сверхновую типа Ia.

Белый карлик
Белый карлик, поглощающий материю из атмосферы звезды-компаньона. Авторы и права: NASA / CXC / M.Weiss.

Эти взрывы достигают пика известной внутренней яркости, что делает сверхновые типа Ia так называемыми стандартными свечами – объектами или событиями, которые излучают определённое количество света, что позволяет учёным определять расстояние до них с помощью простой формулы. Благодаря этому астрономы могут определить, как далеко находятся сверхновые, просто измерив, насколько яркими они выглядят.

Исследователи также будут использовать Космический телескоп Нэнси Грейс Роман для изучения света этих сверхновых, чтобы узнать, как быстро они удаляются от нас. Сравнивая, насколько быстро они удаляются на разных расстояниях, учёные проследят изменение значения космического расширения с течением времени. Это поможет нам понять, изменялась ли тёмная энергия с течением времени и как это происходило.

“В конце 1990-х годов учёные, благодаря использованию десятков сверхновых типа Ia, обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется”, – сказал Дэниел Сколник, доцент физики в Университете Дьюка в Дареме, Северная Каролина. “Будущий телескоп найдёт их тысячами и намного дальше, чем большинство из тех, что мы видели до сих пор”.

Предыдущие обзоры сверхновых типа Ia были сосредоточены на относительно близкой части Вселенной, в основном из-за ограничений современных инструментов. Инфракрасное зрение космического телескопа Нэнси Грейс Роман, его гигантское поле зрения и исключительная чувствительность значительно расширят возможности для поиска, отодвинув космические завесы достаточно далеко, чтобы астрономы смогли обнаружить тысячи далёких сверхновых типа Ia.

Темная энергия
Тёмная энергия, нормальная и тёмная материя. Авторы и права: NASA.

Миссия подробно изучит поведение тёмной энергии на протяжении более чем половины истории Вселенной, когда ей было от четырёх до двенадцати миллиардов лет. Изучение этой эпохи поможет учёным разгадать тайну тёмной энергии.

“Сверхновые типа Ia являются одними из самых важных космологических зондов, которые у нас есть, но их трудно увидеть, когда они находятся далеко”, – сказал Сколник.

Астрономам необходимы чрезвычайно точные измерения и невероятно стабильный инструмент, которым и является Космический телескоп Нэнси Грейс Роман.

Постоянная Хаббла

Будущие наблюдения за сверхновыми типа Ia, могут помочь астрономам разрешить ещё одну загадку. До сих пор появляются расхождения в измерениях постоянной Хаббла, которая описывает, насколько быстро Вселенная расширяется в настоящее время.

Прогнозы, основанные на данных о ранней Вселенной примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, показывают, что космос в настоящее время должен расширяться со скоростью около 67 километров в секунду на каждый мегапарсек расстояния (мегапарсек – это примерно 3,26 миллиона световых лет). Но наблюдения современной Вселенной показывают более быстрое расширение, примерно от 70 до 76 километров в секунду на мегапарсек.

До Большого Взрыва
Иллюстрация, показывающая эволюцию Вселенной, начиная от Большого Взрыва слева, и до появления космического микроволнового фона. После образования первых звёзд заканчиваются космические тёмные века, за которыми следует образование галактик. Авторы и права: CfA / M. Weiss.

Космический телескоп Нэнси Грейс Роман поможет исследовать различные потенциальные источники этих расхождений. Некоторые методы определения скорости расширения Вселенной полагаются на сверхновые типа Ia. Хотя эти взрывы удивительно похожи, благодаря чему они и являются ценными инструментами для измерения расстояний, небольшие вариации всё же присутствуют. Будущий обзор может улучшить их использование в качестве стандартных свечей, помогая нам понять, что вызывает различия.

Миссия должна показать, как свойства сверхновых типа Ia меняются с возрастом, поскольку она позволит увидеть их на столь обширном отрезке космической истории. Космический телескоп Нэнси Грейс Роман также обнаружит эти взрывы в различных местах в их родительских галактиках, что может дать ключ к разгадке того, как окружающая среда сверхновой звезды влияет на её взрыв.

Изучение тёмной материи

В статье 2020 года команда под руководством Чжунсю Чжая, научного сотрудника с докторской степенью из Калифорнийского технологического института в Пасадене, Калифорния, показала, что астрономы смогут собрать ещё больше полезной информации из наблюдений за сверхновыми.

“Будущему телескопу придётся изучить огромные пространства Вселенной, чтобы увидеть далёкие сверхновые”, – сказал Юн Ван, старший научный сотрудник Калифорнийского технологического института и соавтор исследования.

Всё, что связано с массой, искажает ткань пространства-времени. Свет распространяется по прямой линии, но если пространство-время искривляется, что происходит вблизи массивных объектов, то и свет следует по кривой. Когда мы смотрим на далёкие сверхновые типа Ia, искривлённое пространство-время вокруг промежуточной материи, такой как отдельные галактики или сгустки тёмной материи, может усиливать свет от более далёкого взрыва.

Тёмная материя
Трёхмерная карта тёмной материи: X-метка в центре обозначает галактику Млечный Путь; точками показаны галактики, а стрелками – предполагаемые направления движения. Авторы и права: Hong et al., doi: 10.3847/1538-4357/abf040.

Изучая этот увеличенный свет, учёные получат новую возможность исследовать то, как именно тёмная материя распределена по всей Вселенной. Получение дополнительных сведений о материи, из которой состоит космос, поможет учёным усовершенствовать свою теоретическую модель развития Вселенной.

Изучая поведение тёмной энергии в космической истории, обращая внимание на то, как Вселенная расширяется сегодня, и сообщая больше информации о загадочной тёмной материи, новая миссия предоставит лавину данных астрономам, стремящимся решить эти и другие давние проблемы.

Благодаря своей способности помогать учёным разгадывать так много космических загадок, Римский космический телескоп Нэнси Грейс Роман станет одним из самых важных инструментов для изучения Вселенной.

Присоединяйся

Вы могли пропустить:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.