Вклад NASA Ames в миссию телескопа Романа

Космический телескоп имени Нэнси Грейс Романа, запуск которого запланирован на воскресенье, 30 августа, позволит астрономам исследовать огромные регионы космоса и ответить на важнейшие вопросы, касающиеся темной энергии, темной материи, планет за пределами нашей Солнечной системы, а также формирования и роста галактик на протяжении космического времени. Ключевой вклад исследователей из Исследовательского центра NASA Ames в Кремниевой долине Калифорнии в миссию Романа позволит продвинуть научные исследования с использованием объектов, опыта и инноваций центра.

Инструменты для прогнозирования и устранения бликов

Основная камера Романа, широкоугольный инструмент (Wide Field Instrument), будет делать обширные снимки Вселенной высокого разрешения в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне. Эти беспрецедентные изображения позволят астрономам разгадать некоторые из самых глубоких тайн космоса.

Формы бликов, которые собирает камера Романа, ухудшают качество изображений и, следовательно, снижают способность астрономов характеризовать определенные космические структуры. Инновационное программное обеспечение, разработанное командой NASA Ames совместно с сотрудниками из Центра космических полетов имени Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд, и IPAC/Caltech в Пасадене, Калифорния, улучшит изображения Романа и оптимизирует планы наблюдений. Программа ROSALIA (Roman Sky Analyst for Low Surface Brightness Imaging and Astronomy) предсказывает и удаляет нежелательный свет из астрономических изображений, полученных широкоугольным инструментом Романа.

Загрязняющий рассеянный свет возникает, когда фотоны рассеиваются внутри оптической системы телескопа. Результирующие световые блики могут создавать обманчивые артефакты изображения, имитирующие вид реальных планет или туманностей. Программное обеспечение ROSALIA позволит астрономам корректировать свои планы наблюдений, чтобы ограничить загрязнение научных целей бликами на изображениях Романа.

Помимо ярких бликов, рассеянный свет может проявляться в виде диффузного фона. Эта форма рассеянного света мешает наблюдениям самых темных областей Вселенной, что критически важно для понимания того, как формировались крупные структуры в космосе.

Другим основным источником, затемняющим фоновый свет, является сама природа: зодиакальный свет. Зодиакальное излучение возникает из-за рассеяния солнечного света частицами межпланетной пыли в нашей Солнечной системе. Программное обеспечение ROSALIA прогнозирует и удаляет фоновые загрязнения, включая зодиакальный и рассеянный свет, из изображений, обнажая слабые, диффузные излучения на краях галактик, где скрываются истории космической эволюции.

Новая технология «мультизвезд» для поиска экзопланет

Коронограф Романа — один из двух инструментов, установленных на телескопе Романа. Он продемонстрирует самые передовые технологии, когда-либо использовавшиеся в космосе для прямого получения изображений планет у других звезд. Коронограф Романа использует набор масок и зеркал, включая два деформируемых зеркала, для подавления звездного света. Точно контролируя форму деформируемых зеркал, он создает «темную зону» вокруг звезды, где наблюдатели могут видеть тусклый отраженный свет от вращающихся планет.

Базовый режим работы коронографа Романа поддерживает наблюдение экзопланет только в системах с одной звездой, поскольку существующие коронографы обычно не могут подавить дополнительный загрязняющий звездный свет в многозвездных системах, таких как двойные звездные системы.

Наша Солнечная система имеет одну звезду — Солнце. Но примерно половина звезд, подобных Солнцу, находится в многозвездных системах. Возможность прямого получения изображений экзопланет в многозвездных системах увеличит вероятность обнаружения жизни за пределами нашей Солнечной системы и расширит наши знания о том, как экзопланеты формируются и развиваются, поскольку существуют существенные различия в том, как эти процессы протекают в однозвездных и многозвездных системах. Устранение перекрывающихся бликов от нескольких звезд является ключевой задачей, которую необходимо решить для получения изображений планет в таких системах.

Исследователи NASA Ames решают эту задачу с помощью инновационной технологии под названием «Управление волновым фронтом для многозвездных систем» (Multi-Star Wavefront Control, MSWC). Эта технология включает в себя специализированные светоблокирующие маски и сопутствующее программное обеспечение, предназначенное для подавления света от нескольких звезд и выявления скрытых экзопланет. В рамках сотрудничества с Лабораторией реактивного движения NASA в Южной Калифорнии, маски MSWC включены в летный инструмент коронографа Романа в качестве дополнительной возможности, выходящей за рамки базовых режимов наблюдения Романа. Их можно будет использовать, если команде коронографа будет предоставлено дополнительное время для наблюдений после завершения основной фазы демонстрации технологий.

Ближайшая к нашей Солнечной системе звездная система, Альфа Центавра, является одной из ближайших многозвездных систем к Земле, находящейся всего в четырех световых годах. Эта тройная звездная система содержит двойную звезду, подобную Солнцу — Альфа Центавра AB — вокруг которой вращается гораздо меньшая и более тусклая звезда — Проксима Центавра. Хотя подтвержденных экзопланет вокруг звезд, подобных Солнцу, в этой системе нет, кандидат в планеты был обнаружен космическим телескопом Джеймса Уэбба NASA в обитаемой зоне Альфа Центавра A. Исследователи, включая команду MSWC Ames, работают над разработкой возможностей, необходимых для наблюдения за этой системой.

NASA Ames также обеспечивает руководство и поддержку рабочей группы по аппаратному обеспечению в рамках программы участия в коронографе Романа. Эта программа позволяет международным группам исследователей добавлять дополнительные возможности коронографу Романа, выходящие за рамки его базовых режимов; это включает в себя режимы для многозвездных систем, разрабатываемые в NASA Ames, которые используют различные маски, помимо базовых, или новые алгоритмы управления и зондирования волновым фронтом.

Передовые суперкомпьютерные технологии

Эксперты из Отдела передовых суперкомпьютерных технологий NASA в Эймсе способствуют развитию научных исследований Романа, привнося обширный опыт в конвейеры данных и операционную деятельность для предоставления консультаций и рекомендаций проекту Романа на ключевых этапах разработки миссии. Это обеспечивает надежную работу наземных систем и операций, гарантируя эффективность обработки научных данных и высокое качество и целостность получаемых научных продуктов.

Исследователи NASA Advanced Supercomputing сотрудничали с командой MSWC Ames для разработки высокопроизводительных вычислительных инструментов для моделирования управления волновым фронтом для многозвездных систем и проведения исследований для оценки осуществимости метода MSWC.