UVEX — это следующая миссия НАСА по астрофизике среднего класса Explorer, предназначенная для изучения всего неба в УФ-диапазоне. Фото предоставлено: UVEX/Калифорнийский технологический институт
Следующий космический телескоп НАСА для исследования ультрафиолетового неба имеет подпись астронома из Австрийского института науки и технологий (ISTA). Доцент Ильва Гётберг является частью большого международного сотрудничества, которое будет изучать эволюцию галактик и звезд и создавать совместный набор данных по всему небу. Гётберг рассказывает о науке, лежащей в основе нового телескопа, и о развивающейся области астрономии в ISTA.
Как и каждый день, в кампусе Института науки и технологий Австрии (ISTA) кипит жизнь. Исследователи встречаются и обсуждают эксперименты и симуляции, а тикающие часы напоминают вам, что следующее открытие может быть не за горами. Но это не обычный день.
Незадолго до этого НАСА объявило, что новый космический телескоп под названием UVEX (UltraViolet EXplorer), крупное международное сотрудничество под руководством исследователей Калифорнийского технологического института, был выбран для запуска в 2030 году для изучения ультрафиолетового (УФ) света в небе. Доцент Ильва Гётберг, одна из первых астрономов, присоединившихся к ISTA, с самого начала участвовала в разработке научной концепции нового телескопа.
Она не может скрыть своего волнения: «В течение года наш проект был на одном уровне с другим проектом космического телескопа, пока НАСА оценивало победившее предложение. Мы очень рады, что UVEX был выбран». В качестве одной из следующих астрофизических миссий NASA среднего класса UVEX заполнит давний пробел среди УФ-телескопов.
Горячие звезды, галактики и прошлые УФ-миссии
«Ультрафиолетовый диапазон длин волн — это спектральный диапазон звездной астрофизики», — говорит Гётберг, специалист по двойным звездам. Незадолго до своего рождения или смерти звезды достигают экстремальных температур — примерно в 20 раз превышающих солнечную — и достигают новых пиков благодаря более энергичному излучению УФ-излучения. Поэтому УФ-измерения имеют решающее значение для изучения температуры, состава и эволюции горячих звезд.
«Однако уже около 20 лет нам не хватает полных данных об УФ-излучении», — отмечает Гётберг. «Это как если бы мы были слепы на один глаз, когда смотрели в космос». Причины этой частичной «слепоты» сложны.
К счастью для жизни на Земле, наша атмосфера отфильтровывает большую часть ультрафиолетового света, но это также означает, что измерения ультрафиолетового излучения в астрономии должны проводиться из космоса. В число последних крупных космических телескопов для измерения длин волн УФ-излучения входят космический телескоп Хаббл, один из флагманских телескопов НАСА и ЕКА, работающий с 1990 года, и спектроскопический исследователь дальнего ультрафиолета (FUSE). FUSE работал в период с 1999 по 2007 год, дополняя измерения Хаббла в ближнем УФ-диапазоне своими возможностями в дальнем УФ-диапазоне.
Другой важной УФ-обсерваторией была Международная ультрафиолетовая обсерватория (IUE), которая работала с 1978 по 1996 год. Однако у Хаббла, которому сейчас 34 года, возникли все большие технические трудности в достижении своих целей. Поэтому в июне этого года НАСА объявило, что изменит режим работы «Хаббла», чтобы гарантировать, что он сможет продолжать наблюдения за небом до 2030-х годов.
С другой стороны, крупные новые телескопы, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), Евклид Европейского космического агентства и космический телескоп НАСА Нэнси Грейс Роман, запуск которого запланирован на 2027 год, ориентированы на инфракрасное, а не ультрафиолетовое излучение. Таким образом, НАСА осознало, что настало время для новой, крупномасштабной УФ-миссии, такой как UVEX, и поэтому решило устранить эту частичную «слепоту».
Рисунок с смоделированными изображениями, демонстрирующими уникальное разрешение и спектрографы UVEX. Фото предоставлено: UVEX/Калифорнийский технологический институт
УФ-карта всего неба на ресурсе сообщества.
С момента запуска «Хаббла» более 30 лет назад произошли серьезные технологические достижения в области оптики. Однако из-за ограниченных возможностей Хаббла в дальнем УФ-диапазоне и длительного времени экспозиции он не может «видеть» слабые источники УФ-излучения.
«UVEX будет проводить измерения как в ближнем, так и в дальнем УФ-диапазоне и будет передавать гораздо больше света, чем Хаббл. Таким образом, UVEX позволит нам наблюдать гораздо более слабые объекты с тем же временем экспозиции», — говорит Гетберг.
В астрофизике чем тусклее объекты, снятые телескопом, тем «глубже» набор данных. UVEX начинает свою миссию с исследования дальнего неба и будет искать в ночном небе самые слабые объекты, излучающие УФ-излучение. Это создает всеобъемлющий, однородный, «глубокий» набор УФ-данных. После завершения этот набор данных послужит общественным ресурсом, доступным астрономам для будущих исследований.
«Глубокое картирование в УФ-диапазоне особенно актуально для горячих звезд, поскольку они не всегда самые яркие», — добавляет Гётберг. Что наиболее важно для работы ее группы в ISTA, UVEX сможет нанести на карту весь диапазон масс гелиевых звезд, горячих и компактных двойных звезд, которые были лишены своей водородной оболочки звездой-компаньоном.
Разгадка тайны звездных взрывов
Помимо картирования самых слабых горячих звезд, UVEX позволит изучать звездные ветры, эволюцию массивных звезд и звездные взрывы. Это особенно интересно, поскольку звезды по своей сути являются фабриками элементов. В то время как звездные ветры вызывают потерю массы и влияют на эволюцию звезды, окончательная судьба предрешена крупномасштабным взрывом и смертью звезды.
Когда звезда взрывается, она теряет много массы и «обогащает» свое окружение новыми элементами. Эти элементы, такие как кислород, в конечном итоге необходимы для жизни, какой мы ее знаем. Например, астрофизики в целом согласны с тем, что наше Солнце является звездой третьего поколения и содержит материал от предыдущих звездных взрывов.
С помощью UVEX Гетберг и другие астрономы получат новое представление о крупномасштабных потерях массы, анализируя свойства звездных взрывов во Вселенной. «Я особенно воодушевлен этим телескопом, потому что он позволит нам разработать новые методы наблюдения и новые стратегии для опровержения теоретических предсказаний», — говорит Гетберг.
Изучение эволюции массивных звезд в ISTA
Гётберг изучает эволюцию двойных звезд в двух хорошо изученных галактиках в окрестностях Млечного Пути. Астрофизики считают, что двойные звезды находятся в двух фазах своей эволюции: до и после массопереноса. Хотя свойства звезд до взаимодействия легко предсказуемы с помощью доступных в настоящее время технологий, UVEX Götberg позволяет сравнивать точные наблюдения до и после взаимодействия.
«UVEX открывает окно, которое было закрыто около 20 лет, — окно в эволюцию массивных звезд», — говорит она. Достойный преемник IUE и FUSE покорит космос в 2030 году, перенеся на орбиту ISTA и отпечатки своих астрономов на долгие годы вперед.
«Это захватывающие времена для молодой области астрономии в ISTA», — заключает Гётберг.
Информация от: Институтом науки и технологий Австрии.
