В течение тридцати лет Великие обсерватории НАСА – Хаббл, Спитцер, Комптон, И Чандра Космические телескопы открыли удивительные вещи о Вселенной. Помимо того, что эти телескопы позволили заглянуть в невидимые части космоса, а именно в инфракрасный, гамма- и ультрафиолетовый спектры, это стало возможным благодаря кампании Hubble Deep Fields. Благодаря успеху этих обсерваторий и Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), НАСА рассматривает будущие миссии, которые раскроют еще больше «невидимой вселенной».
Это включает в себя Ультрафиолетовый исследователь (UVEX), космический телескоп, который НАСА планирует запустить в 2030 году в качестве следующей астрофизической миссии Explorer среднего класса. В недавнем исследовании группа исследователей из Мичиганского университета предложила еще одну концепцию, известную как «Миссия по анализу ультрафиолетовой вселенной» (MAUVE). Этот телескоп и его сложные инструменты были разработаны во время первой Школы проектирования астрофизических миссий НАСА. Согласно документу команды, эта миссия гипотетически будет готова к запуску к 2031 году.
Исследование возглавила Маюра Балакришнан, аспирантка факультета астрономии Мичиганского университета. К ней присоединились исследователи из Лаборатории физики атмосферы и космоса (LASP), Института гравитации и космоса (IGC), Центра космологии и физики астрочастиц (CCAPP), Института астрофизики и космических исследований Кавли и Европейского космического агентства. Агентство (ESA), Научный институт космического телескопа (STScI), Центр космических полетов имени Годдарда НАСА, Лаборатория реактивного движения НАСА и несколько университетов. Статья с подробным описанием их выводов появилась в журнале Астрономическое общество Тихого океана.
За последние пятьдесят лет ультрафиолетовые обсерватории произвели революцию в нашем понимании Вселенной. Однако наблюдения астрофизических явлений в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне длин волн возможны только на больших высотах или в космосе из-за помех со стороны атмосферы Земли, которая очень эффективно поглощает УФ-излучение. Соавтор исследования, Dr. Эмили Рикман, астроном ЕКА и научный сотрудник STScI, рассказала Universe Today по электронной почте:
«УФ-астрономия дает нам представление о событиях высокой энергии, которые невозможно обнаружить на других более длинных волнах, например, в видимом или инфракрасном диапазоне, и для которых доступен гораздо больший набор средств. Наблюдения в ультрафиолетовой области позволили значительно продвинуться в нашем понимании Вселенной благодаря изучению звездообразования, формирования галактик и высокоэнергетических событий на планетах как в нашей солнечной системе, так и в экзопланетных звездных системах.
«Некоторыми из наиболее примечательных областей этого понимания стало обнаружение ультрафиолетового излучения звездных ветров, испускаемого молодыми массивными звездами. Это помогает нам понять, как такие массивные звезды образовались в ранней Вселенной. Что касается планет, УФ-астрономия позволила нам наблюдать активные полярные сияния на полюсах Юпитера и то, как на них влияют солнечные бури на Солнце. Эти активные полярные сияния на Юпитере были неожиданными и открыли совершенно новое понимание планет, их атмосфер и того, как они взаимодействуют с окружающей средой».
Первый УФ-спутник, Орбитальная астрономическая обсерватория-2 (ОАО-2), был запущен в 1968 году, незадолго до долгожданного запуска Аполлон-8 (первая пилотируемая миссия на Луну). Среди своих многочисленных достижений OAO 2 позволила на ранней стадии охарактеризовать поглощение электромагнитного излучения межзвездным газом и пылью (также известное как межзвездное поглощение). За этим последовало Исследователь экстремального ультрафиолета (EUVE), который был запущен в 1992 году и провел первое исследование неба на предмет удаленных источников УФ-излучения.
Затем в 1999 году появился Спектроскопический исследователь дальнего ультрафиолета (FUSE), который провел первые системные исследования межгалактической среды (IGM). Затем был Galaxy Evolution Explorer (GALEX), который работал с 2003 по 2013 год и провел самое глубокое на сегодняшний день УФ-обследование всего неба. Есть также ультрафиолетовые и оптические телескопы в обсерватории Нила Герельса Свифта и три УФ-инструмента на космическом телескопе Хаббл — спектрограф изображений космического телескопа (STIS), широкоугольная камера 3 (WFC3) и спектрограф космического происхождения.
К сожалению, ни один из этих детекторов не может исследовать космос в дальнем и крайнем ультрафиолетовом диапазоне с уровнем детализации миссии, управляемой PI. Как отметил Рикман, на сегодняшний день этот и другие факторы ограничивают УФ-астрономию:
«Одно из самых больших ограничений на самом деле связано с отсутствием оборудования, способного вести наблюдения в УФ-диапазоне длин волн. Поскольку УФ-обсерватории должны быть расположены в космосе, поскольку атмосфера Земли блокирует большую часть УФ-излучения, эти космические УФ-обсерватории значительно дороже в строительстве и эксплуатации, чем наземные обсерватории.
«Из-за ограниченного числа УФ-обсерваторий действующие в настоящее время обсерватории, такие как космический телескоп Хаббл, переполнены астрономами по всему миру, что указывает на необходимость и важность существования таких обсерваторий. Кроме того, экстремальная длина волны УФ-излучения в настоящее время не обнаруживается существующими приборами, что создает слепое пятно для некоторых изучаемых астрономических явлений».
Хотя запланированная Обсерватория обитаемого мира (HWO), как ожидается, будет обладать расширенными возможностями УФ-излучения, эта миссия все еще находится на ранних стадиях планирования и ее запуск ожидается не раньше 2040-х годов. С этой целью команда предложила концепцию космического УФ-телескопа под названием «Миссия по анализу ультрафиолета».
universE (MAUVE), широкопольный спектрометр и формирователь изображений, разработанный во время первой Школы проектирования астрофизических миссий НАСА (AMDS), организованной Лабораторией реактивного движения в ответ на объявление о возможности в 2023 году. Как объяснил Рикман:
«Концепция миссии MAUVE фокусируется на трех основных темах в контексте Десятилетнего исследования астрономии и астрофизики 2020 года. Эти темы: «Одиноки ли мы?/Миры и солнца в контексте», «Как устроена Вселенная?/Новые посланники и новая физика» и «Как мы сюда попали?/Космическая экосистема». Чтобы ответить на вопрос «Одни ли мы?», MAUVE стремится исследовать выход из атмосферы субНептуна, который, как полагают, происходит либо из-за фотоиспарения, либо из-за ядерной потери массы. Это поможет нам понять обитаемость среды внесолнечных систем, а также формирование и эволюцию экзопланет и их атмосфер».
«Кроме того, MAUVE будет изучать состав атмосферы горячего газа на гигантских экзопланетах и то, влияет ли на них равновесная или неравновесная конденсация, что имеет решающее значение для понимания экзопланетных атмосфер и получения подсказок о том, где на них может существовать жизнь». Понять: «Как устроена Вселенная?»
«MAUVE будет исследовать, являются ли голубые килоновые вызваны радиоактивным охлаждением или быстрым ударным охлаждением, что имеет фундаментальное значение для понимания взрывных явлений во Вселенной, а также будет исследовать, возникают ли сверхновые типа 1А из белого карлика, содержащего материал от звезды-компаньона, или накапливается материал от звезды-компаньона. из…» слияния белых карликов. А чтобы исследовать вопрос «Как мы сюда попали?», MAUVE будет исследовать, происходят ли диффузные внегалактические выбросы от слабых членов скоплений галактик и звезд-изгоев или от толчков в результате слияния скоплений».
Эти общие темы, по словам Рикмана, представляют собой важные вопросы, на которые пока нет ответа, и астрономы очень заинтересованы в ответе, поскольку они лежат в основе нашего понимания Вселенной. Расширив диапазон длин волн существующих УФ-обсерваторий, MAUVE сможет изучать типы высокоэнергетических космологических событий, которые могли бы ответить на некоторые из этих вопросов. Кроме того, Рикман сказал, что значительная часть (70%) времени Генерального наблюдателя (GO) будет отведена MAUVE:
«[This would allow] более широкому сообществу, чтобы предложить свои идеи наблюдений, которые можно было бы изучить в этом в значительной степени неисследованном пространстве параметров, и ответить на фундаментальные вопросы, такие как «Как формируются структуры звездообразования и взаимодействуют с диффузной межзвездной средой?», «Каковы наиболее экстремальные звезды и созвездия?». Населения?», «Как обитаемая среда возникает и развивается в контексте планетных систем?». Возможность изучить эти вопросы обеспечит фундаментальное понимание некоторых строительных блоков нашего понимания Вселенной».
Дальнейшее чтение: arXiv
