Nowy teleskop NASA zajrzy w początki Wszechświata. Projekt RXDF może pomóc rozwiązać zagadki odkryte przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba znalazł w młodym Wszechświecie galaktyki, które powstały zaskakująco szybko. Astronomowie przez cały czas jednak nie wiedzą, czy są one wyjątkami, czy tylko niewielką częścią znacznie większej populacji. NASA przygotowała właśnie program obserwacyjny, który ma pomóc to rozstrzygnąć.
Do pracy zostanie wykorzystany teleskop Nancy Grace Roman, który wyniesiony w kosmos został pod koniec sierpnia. Międzynarodowy zespół 130 naukowców otrzymał aż 386 godzin obserwacji, podczas których urządzenie będzie zaglądało w odległą przeszłość Wszechświata. Jego największą zaletą nie będzie jednak możliwość zobaczenia pojedynczej galaktyki, ale jednoczesnego obserwowania tysięcy takich obiektów.
NASA chce zobaczyć początki galaktyk
Program otrzymał nazwę Roman eXtreme Deep Field, w uproszczeniu RXDF. Kieruje nim Haojing Yan, profesor fizyki i astronomii z Uniwersytetu Missouri. W przedsięwzięciu uczestniczą badacze z 62 instytucji, m.in. NASA, Caltech, Princeton i Harvardu. Naukowcy zamierzają skupić teleskop na wybranym fragmencie nieba w pobliżu północnego bieguna ekliptyki. Chcą rejestrować niezwykle słabe światło pochodzące od galaktyk istniejących w pierwszych setkach milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Wybór obszaru nie jest przypadkowy, bowiem prowadzono tam już obserwacje innymi instrumentami, w tym teleskopem Jamesa Webba w ramach programu NEXUS. Pozwoli to zestawiać wyniki różnych urządzeń i znacznie dokładniej analizować znalezione obiekty. Jak wyjaśniają autorzy w badaniu, planowany przegląd obejmie 7 zakresów promieniowania podczerwonego. Najgłębsze obserwacje zostaną wykonane na obszarze około 679 minut kwadratowych nieba, czyli blisko 0,19 stopnia kwadratowego.
W skali całego nieba wydaje się to naprawdę niewielkim fragmentem, jednak dla astronomów przyzwyczajonych do niezwykle wąskich, ale bardzo głębokich obserwacji będzie to ogromny zbiór danych.
Webb widzi głębiej. Roman zobaczy znacznie więcej
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest wyposażony w zwierciadło o średnicy 6,5 m. Pozwala mu ono zbierać światło niezwykle słabych obiektów i badać ich adekwatności z niespotykaną wcześniej dokładnością. Jego pole widzenia jest jednak stosunkowo niewielkie.
Roman ma zwierciadło o średnicy 2,4 m, czyli takie samo jak Hubble. Wykorzystuje jednak zupełnie inny instrument obserwacyjny. Jego 300-megapikselowa kamera Wide Field Instrument potrafi jednocześnie fotografować obszar nieba ponad 100 razy większy niż porównywalny instrument Hubble’a. W nowym programie różnica będzie jeszcze bardziej widoczna. Astronomowie planują osiągnąć głębokość obserwacji porównywalną ze słynnym Ekstremalnie Głębokim Polem Hubble’a, ale na powierzchni około 140 razy większej.
Na Spider’s Web opisywaliśmy już start teleskopu Roman, który 30 sierpnia poleciał w kosmos na rakiecie Falcon Heavy. Jego możliwości pozwolą prowadzić zupełnie nowy rodzaj badań. Zamiast dokładnie analizować pojedyncze galaktyki, naukowcy będą mogli badać całe ich populacje i porównywać, jak zmieniały się w ciągu miliardów lat.
Galaktyki pojawiły się za wcześnie, więc naukowcy szukają odpowiedzi
Jedną z największych niespodzianek dostarczonych przez Webba było odkrycie bardzo jasnych galaktyk istniejących w czasach, kiedy Wszechświat był jeszcze niezwykle młody. Niektóre wyglądały na znacznie bardziej rozwinięte, niż sugerowały wcześniejsze modele.
Astronomowie próbują teraz ustalić, jak gwałtownie w pierwszych galaktykach powstawały gwiazdy i w jaki sposób niewielkie układy łączyły się w coraz większe struktury. Problem polega jednak na tym, iż dotychczasowe obserwacje obejmowały stosunkowo niewielkie fragmenty kosmosu.
Jeżeli Webb przypadkiem trafił na wyjątkowo bogaty obszar, to jego wyniki mogą nie odzwierciedlać typowej sytuacji we wczesnym Wszechświecie. Dopiero znacznie większa liczba obserwowanych galaktyk pozwoli sprawdzić, czy dotychczasowe odkrycia są reprezentatywne.
Roman powinien dostarczyć właśnie takich danych. Projektanci RXDF zakładają badanie galaktyk z epok odpowiadających przesunięciu ku czerwieni sięgającemu około 14. Oznacza to obserwowanie światła wysłanego, gdy Wszechświat miał zaledwie kilkaset milionów lat.
Teleskop będzie wracał w to samo miejsce i zobaczy zmiany
Kolejnym celem będą obiekty określane jako Little Red Dots, czyli małe czerwone kropki. Webb odkrył je we wczesnym Wszechświecie, a ich niezwykłe adekwatności wywołały długą dyskusję wśród astronomów. Wiele wskazuje na to, iż obserwujemy młode czarne dziury otoczone gęstym gazem. Pisaliśmy już o odkryciu obiektu GLIMPSE-17775, którego szczegółowa analiza dostarczyła mocnych dowodów na taki scenariusz.
Pozostaje jednak pytanie, jak często podobne obiekty występowały i dlaczego tak gwałtownie rosły. Roman będzie mógł wyszukiwać ich znacznie więcej, co pomoże ustalić, czy stanowiły istotny etap rozwoju pierwszych galaktyk. Naukowcy zamierzają również poszukiwać bardzo odległych supernowych. Ich obserwacje mogą dostarczyć informacji o pierwszych pokoleniach gwiazd, ich śmierci i wzbogacaniu kosmicznego gazu w cięższe pierwiastki.
Zaznaczmy wyraźnie, iż RXDF nie będzie pojedynczą sesją fotografowania. Program podzielono na trzy główne etapy rozłożone w odstępach około roku. Każdy z nich obejmie dodatkowo trzy serie obserwacji oddzielone mniej więcej 10 dniami. Taki sposób pracy pozwoli nie tylko tworzyć niezwykle głębokie obrazy, ale także wychwytywać obiekty, których jasność zmienia się w czasie. Dotyczy to m.in. wybuchających gwiazd i aktywnych jąder galaktyk.
Roman rozpoczął podróż do okolic punktu L2, położonego około 1,5 mln km od Ziemi. NASA przewiduje rozpoczęcie jego działalności naukowej na początku 2027 r., a realizacja rozbudowanych programów obserwacyjnych będzie odbywała się w kolejnych latach.
*Źródło grafiki wprowadzającej: NASA / gun1215, pixabay
