Гало Галактики Андромеды (иллюстрация). Фото предоставлено: НАСА, Ральф Кроуфорд (STScI)
Вселенная — динамичное, постоянно меняющееся место, где галактики танцуют, сливаются друг с другом и меняют внешний вид. К сожалению, поскольку эти изменения занимают миллионы или миллиарды лет, телескопы могут предоставить только снимки, втиснутые в человеческую жизнь.
Однако галактики оставляют после себя подсказки о своей истории и о том, как они сформировались. Будущий космический телескоп НАСА Нэнси Грейс Роман сможет искать эти окаменелости формирования галактик и создавать изображения галактик в соседней Вселенной с высоким разрешением.
Астрономы разрабатывают серию возможных наблюдений под названием RINGS (римское инфракрасное исследование близлежащих галактик), которые позволят собрать эти замечательные изображения. Команда также создает общедоступные инструменты, которые астрономическое сообщество сможет использовать после запуска Roman и начала сбора данных. Исследование RINGS — это предварительная концепция, которая может быть реализована, а может и не быть реализована во время научной миссии Романа.
Роман обладает уникальным оборудованием для RINGS благодаря своему разрешению, сравнимому с разрешением космического телескопа Хаббла НАСА, и широкому полю зрения — в 200 раз больше, чем у Хаббла в инфракрасном диапазоне. Это делает его телескопом для наблюдения за небом, который дополняет возможности «Хаббла» в узком поле зрения.
Галактические археологи
Ученые могут наблюдать лишь короткие периоды жизни развивающихся галактик, которые в конечном итоге приводят к полностью сформировавшимся галактикам вокруг нас. Поэтому отслеживание формирования галактик может быть затруднено.
К счастью, галактики оставляют ключи к разгадке своей эволюции в своих звездных структурах, подобно тому, как организмы на Земле могут оставлять отпечатки в горных породах. Эти галактические «окаменелости» представляют собой группы древних звезд, которые сохраняют историю формирования и эволюции галактики, включая химию галактики, когда формировались эти звезды.
Такие космические окаменелости представляют особый интерес для Робин Сандерсон, заместителя директора по исследованиям RINGS в Пенсильванском университете в Филадельфии. Она описывает процесс анализа звездных структур в галактиках как «похожий на раскопки, когда пытаются разобраться в костях и собрать их вместе».
Высокое разрешение Романа позволит ученым идентифицировать эти галактические окаменелости по структурам, варьирующимся от длинных приливных хвостов на краю галактики до потоков звезд внутри галактики. Эти крупномасштабные структуры, которые Роман обладает уникальной способностью захватывать, могут дать ключ к разгадке истории слияния галактик. Цель, по словам Сандерсона, состоит в том, чтобы «соединить эти окаменелости, чтобы заглянуть в прошлое и понять, как образовались эти галактики».
Привнесение света в темную материю
RINGS также позволит продолжить изучение одного из самых загадочных веществ во Вселенной: темной материи, невидимой формы материи, составляющей большую часть массы галактики. Особенно полезным классом объектов для проверки теорий темной материи являются ультратусклые карликовые галактики.
По словам Раджи Гуха Тхакурты из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, «сверхтусклые карликовые галактики настолько доминируют в темной материи, что у них очень мало нормальной материи для звездообразования. Поскольку звезд образуется так мало, ультратусклые галактики можно рассматривать как простые скопления темной материи, которые можно изучать».
Благодаря большому полю зрения и высокому разрешению Роман будет наблюдать за этими ультратусклыми галактиками, помогая проверить несколько теорий темной материи. Благодаря этим новым данным астрономическое сообщество приблизится к истине об этой ненаблюдаемой темной материи, которая намного превосходит видимую материю: темная материя составляет около 80% материи Вселенной, а нормальная материя составляет оставшиеся 20%.
Сверхтусклые галактики — далеко не единственное свидетельство существования темной материи. Зачастую достаточно заглянуть во двор галактики среднего размера. Структуры в гало звезд, окружающих галактику, часто дают подсказку о количестве присутствующей темной материи. Однако из-за огромных размеров галактических гало (часто они в 15–20 раз больше размера самой галактики) современные телескопы очень неэффективны для их наблюдения.
В настоящее время единственными полностью решенными галактическими гало, на которые могут положиться ученые, являются наш Млечный Путь и соседняя галактика Андромеда. Бен Уильямс, ведущий исследователь RINGS в Вашингтонском университете в Сиэтле, описывает, как достижение Романа решит эту проблему: «У нас есть надежные измерения только Млечного Пути и Андромеды, потому что они достаточно близки друг к другу, чтобы можно было провести измерения большое количество звезд распределено по своим звездным гало. Таким образом, с Романом у нас внезапно появится 100 или более таких полностью разрешенных галактик».
Ожидается, что запуск Roman в мае 2027 года фундаментально изменит представление ученых о галактиках. При этом он также прольет некоторый свет на нашу родную галактику. Млечный Путь легко изучать вблизи, но у нас нет достаточно большой палки для селфи, чтобы сфотографировать всю нашу галактику и окружающее ее гало. RINGS показывает, на что способен Роман, если такое расследование будет одобрено.
Изучая близлежащую Вселенную, RINGS сможет изучить галактики, схожие по размеру и возрасту с Млечным Путем, и пролить свет на то, как мы появились.
Информация от: Научным институтом космического телескопа.
