Nancy Grace Roman – galaktyczny spis Jowiszów wokół innych słońc

NASA właśnie opublikowała kolejny odcinek serii Roman Series: Jupiters Around Other Suns, w którym naukowcy opowiadają, jak nowy kosmiczny teleskop Nancy Grace Roman zamieni naszą Galaktykę w pole wielkiego łowu egzoplanet. Teleskop ma ruszyć w kosmos już 30 sierpnia 2026 roku, a jego celem będzie odkrycie nawet 100 000 nowych planet krążących wokół innych gwiazd oraz bezpośrednie fotografowanie jowiszów w obcych układach.

Czym jest teleskop Nancy Grace Roman i co będzie badać?

Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman to następca Hubble’a i kuzyn Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, zaprojektowany specjalnie do szerokich przeglądów nieba w podczerwieni. Ma zwierciadło o średnicy 2,4 m – takie jak Hubble – ale kamerę o polu widzenia ponad 100 razy większym niż klasyczne instrumenty Hubble’a, dzięki czemu jednorazowo obejmie ogromne fragmenty nieba.

Teleskop Nancy Grace Roman ma trzy główne zadania: badanie natury ciemnej energii, wykonywanie statystycznego spisu egzoplanet w Drodze Mlecznej oraz szczegółowe obserwacje w podczerwieni wielu rodzajów obiektów, od gromad galaktyk po dyski protoplanetarne. W nowym odcinku podcastu NASA naukowcy Bertrand Mennesson i Vanessa Bailey skupiają się właśnie na części egzoplanetarnej – czyli na tym, jak teleskop Nancy Grace Roman pomoże zrozumieć, jak powstają i układają się systemy planetarne.

Galaktyczny spis egzoplanet

Teleskop Nancy Grace Roman będzie prowadził coś w rodzaju galaktycznego spisu planet, śledząc jasność setek milionów gwiazd w centrum Drogi Mlecznej i w innych częściach naszej Galaktyki. Jedna z kluczowych kampanii, tzw. Galactic Bulge Time-Domain Survey, przewiduje wykonywanie zdjęć co 15 minut przez wiele miesięcy, aby wyłapać subtelne „mrugnięcia” gwiazd wywołane przez przechodzące przed nimi planety lub przez zjawiska soczewkowania grawitacyjnego.

Teleskop Nancy Grace Roman połączy dwie sprawdzone metody poszukiwania egzoplanet. W przypadku tranzytów będzie szukał okresowych spadków jasności gwiazdy, gdy planeta przechodzi na jej tle – podobnie jak robił to Kepler, ale na znacznie większej skali. W metodzie mikrosoczewkowania grawitacyjnego będzie śledził chwilowe wzrosty jasności gwiazdy, gdy masa przechodzącego obiektu – np. planety daleko od gwiazdy lub samotnego wędrowca – zakrzywia czasoprzestrzeń i działa jak naturalna soczewka.

Modele przewidują, że teleskop Nancy Grace Roman odkryje ponad 100 000 planet metodą tranzytów, z czego większość będzie gazowymi i lodowymi olbrzymami przypominającymi Jowisza i Saturna, a także Neptuna i Urana. Do tego dojdą tysiące obiektów wykrytych dzięki mikrosoczewkowaniu, w tym planety na bardzo odległych orbitach oraz prawdopodobnie wolno błąkające się planety pozbawione gwiazd.

Bezpośrednie zdjęcia obcych Jowiszów

Jednym z najbardziej futurystycznych elementów misji teleskopu Nancy Grace Roman jest koronograf – specjalny instrument do bezpośredniego obrazowania planet, który jest głównym bohaterem odcinka Jupiters Around Other Suns. Koronograf to zestaw masek, pryzmatów i deformowalnych luster, który ma za zadanie maksymalnie przygasić światło gwiazdy, aby ujawnić bardzo słabe punkty – planety – znajdujące się w jej bliskim sąsiedztwie na niebie.

Inżynierowie mówią o konieczności przygaszenia światła gwiazdy nawet sto milionów do jednego – to tak, jakby próbować zobaczyć świecącą zapałkę tuż obok reflektora stadionowego. W trybie demonstracyjnym koronograf teleskopu Nancy Grace Romana ma osiągnąć kontrast setki razy lepszy niż najlepsze współczesne instrumenty naziemne, co pozwoli na fotografowanie jowiszów podobnych do naszego – starych, chłodnych i krążących w odległości kilkunastu jednostek astronomicznych od gwiazdy.

Dzięki temu po raz pierwszy zobaczymy w świetle widzialnym dojrzałe gigantyczne planety wokół gwiazd podobnych do Słońca, a nie tylko bardzo młode, gorące superjowisze widywane dotąd w podczerwieni. Analiza ich widm i polaryzacji światła pozwoli zbadać składy atmosfer, obecność chmur i pyłu oraz struktury dysków pyłowych, w których planety się tworzą.

Co nam to powie o Układzie Słonecznym?

Olbrzymia baza odkrytych planet i pierwsze bezpośrednie obrazy obcych jowiszów pomogą odpowiedzieć na pytanie, czy nasz Układ Słoneczny jest typowy, czy raczej wyjątkowy. Porównując masy, odległości od gwiazd i architektury egzoplanetarnych systemów z własnym domem, astronomowie będą mogli testować scenariusze powstawania Jowisza, migracji planet i wpływu olbrzymów na powstawanie skalistych światów.

Roman idealnie wpasuje się też we współpracę z Webbem: szerokie przeglądy teleskopu Nancy Grace Roman wskażą najciekawsze obiekty, a Webb będzie mógł przyjrzeć się im z bliska, wykonując bardzo szczegółowe widma i obrazy. W dalszej perspektywie technologie sprawdzone na koronografie NGR posłużą jako fundament przyszłych misji zaprojektowanych już wprost do polowania na planety podobne do Ziemi w ekosferach innych gwiazd.

Źródła

Główne źródło:

• NASA, podcast Roman Series: Jupiters Around Other Suns

Źródła kontekstowe:

• NASA Science – opis misji Nancy Grace Roman Space Telescope,
• NASA Science – strona o egzoplanetach i roli misji Roman w ich spisie,
• Oficjalne materiały IPAC/Caltech – Roman’s View of the Dynamic Universe,
• Artykuł NASA NASA’s Roman Mission Predicted to Find 100,000 Transiting Planets,
• Artykuł NASA’s Roman Mission Could Snap First Image of a Jupiter-Like World,
• Informacje partnerów międzynarodowych o konstrukcji i polu widzenia teleskopu Roman (JAXA/ISAS),
• Encyklopedyczny opis misji Roman (Wikipedia, Nancy Grace Roman Space Telescope)

Opracowanie: Agnieszka Nowak