Вклад Исследовательского Центра НАСА Эймс в Миссию Телескопа Романа

Космический телескоп Нэнси Грейс Романа, запуск которого запланирован на 30 августа, позволит астрономам исследовать огромные просторы космоса и ответить на важнейшие вопросы о темной энергии, темной материи, планетах за пределами нашей Солнечной системы, а также о формировании и эволюции галактик. Ключевой вклад в миссию телескопа Романа внесли исследователи из Исследовательского Центра НАСА Эймс в Кремниевой долине, Калифорния. Используя ресурсы, опыт и инновации центра, они способствуют научным достижениям телескопа.

Инструменты для прогнозирования и устранения бликов

Основная камера телескопа Романа, широкоугольный инструмент (Wide Field Instrument), будет делать масштабные снимки Вселенной с высоким разрешением в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах. Эти беспрецедентные изображения позволят астрономам разгадать глубочайшие тайны космоса.

Формы бликов, собираемые камерой Романа, снижают качество изображений и, соответственно, ограничивают возможности астрономов по изучению определенных космических структур. Инновационное программное обеспечение, разработанное командой НАСА Эймс в сотрудничестве с Центром космических полетов Годдарда НАСА в Гринбелте, Мэриленд, и IPAC/Caltech в Пасадене, Калифорния, улучшит изображения телескопа 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, получаемых широкоугольным инструментом Романа.

Загрязнение рассеянным светом возникает, когда фотоны рассеиваются внутри оптической системы телескопа. Образующиеся отблески могут создавать ложные артефакты изображений, имитирующие вид реальных планет или туманностей. Программное обеспечение ROSALIA позволит астрономам корректировать планы наблюдений, чтобы минимизировать попадание отблесков на целевые объекты в изображениях Романа.

Помимо ярких отблесков, рассеянный свет может проявляться как диффузный фон. Эта форма рассеянного света мешает наблюдениям самых темных областей Вселенной, что критически важно для понимания формирования крупномасштабных структур.

Еще одним значительным фактором, затемняющим фон, является естественное явление – зодиакальный свет. Зодиакальное излучение возникает из-за рассеяния солнечного света частицами межпланетной пыли в нашей Солнечной системе. Программное обеспечение ROSALIA предсказывает и устраняет фоновые загрязнения, включая зодиакальный свет и рассеянный свет, с изображений, обнажая слабые, диффузные излучения на краях галактик, где скрыты истории космической эволюции.

Новая технология «Мультизвездного» видения экзопланет

Коронограф Романа — один из двух инструментов, установленных на телескопе. Он продемонстрирует самые передовые технологии, когда-либо использовавшиеся в космосе для прямого получения изображений планет у других звезд. Коронограф Романа использует серию 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 увидеть тусклый отраженный свет от орбитальных планет.

Базовый режим работы коронографа Романа поддерживает наблюдение экзопланет только в одиночных звездных системах, 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, находятся в многозвездных системах. Возможность напрямую получать изображения экзопланет в многозвездных системах повысит вероятность обнаружения жизни за пределами нашей Солнечной системы и расширит наши знания о формировании и эволюции экзопланет, поскольку эти процессы существенно различаются в одиночных и многозвездных системах. Устранение перекрывающихся бликов от нескольких звезд является ключевой проблемой, которую необходимо решить для получения изображений планет в таких системах.

Исследователи из НАСА Эймс решают эту проблему с помощью инновационной технологии под названием Multi-Star Wavefront Control (MSWC). Эта технология включает специальные светоблокирующие маски и сопутствующее программное обеспечение, разработанное для подавления света от нескольких звезд и обнаружения скрытых экзопланет. В рамках сотрудничества с Лабораторией реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, маски MSWC включены в летный инструмент коронографа Романа в качестве дополнительной возможности, выходящей за рамки базовых режимов работы Романа. Они могут быть использованы, если будет предоставлено дополнительное время для наблюдений команде коронографа после завершения основной фазы демонстрации технологий.

Ближайшая к нам звездная система, Альфа Центавра, является одной из ближайших многозвездных систем к Земле, находясь всего в четырех световых годах. Эта тройная звездная система содержит пару звезд, подобных Солнцу, — Альфа Центавра AB — вокруг которой вращается гораздо меньшая и более тусклая звезда — Проксима Центавра. Хотя экзопланеты у звезд, подобных Солнцу, в этой системе не подтверждены, кандидат в планеты был обнаружен космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА в обитаемой зоне Альфа Центавра A. Исследователи, в том числе команда MSWC из НАСА Эймс, работают над разработкой возможностей, необходимых для наблюдения этой системы.

НАСА Эймс также осуществляет руководство и поддержку рабочей группы по аппаратному обеспечению в рамках Программы участия в коронографе Романа. Эта программа позволяет международным командам исследователей добавлять дополнительные возможности к коронографу Романа, выходящие за рамки его базовых режимов. Это включает многозвездные режимы, разрабатываемые в НАСА Эймс, которые используют различные маски, помимо базовых, или новые алгоритмы управления и детектирования волнового фронта.

Передовые суперкомпьютерные технологии

Эксперты из Отдела передовых суперкомпьютерных вычислений НАСА в Эймсе способствуют развитию научных исследований телескопа Романа, привнося богатый опыт в области конвейеров данных и управления миссиями, предоставляя консультации и руководство проекту Романа на ключевых этапах разработки миссии. Это обеспечивает надежную работу наземных систем и операций, эффективную обработку научных данных и высокое качество и целостность получаемых научных продуктов.

Исследователи отдела передовых суперкомпьютерных вычислений НАСА сотрудничали с командой MSWC из НАСА Эймс в разработке высокопроизводительных вычислительных инструментов для симуляций многозвездного управления волновым фронтом и проведения исследований для оценки осуществимости технологии MSWC.