Вклад NASA Ames в миссию космического телескопа Романа

Космический телескоп Нэнси Грейс Романа, запуск которого запланирован на воскресенье, 30 августа, предоставит астрономам возможность исследовать огромные регионы космоса и ответить на важнейшие вопросы, касающиеся темной энергии, темной материи, планет за пределами нашей Солнечной системы, а также формирования и эволюции галактик во вселенской истории. Ключевые достижения Центра исследований Эймса НАСА в Кремниевой долине Калифорнии, внесенные исследователями этого центра, продвинут научные исследования Романа благодаря использованию его объектов, опыта и инноваций.

Инструменты для прогнозирования и удаления бликов

Основная камера Романа, широкоугольный инструмент (Wide Field Instrument), будет делать масштабные изображения Вселенной в оптическом и ближнем инфракрасном свете с высоким разрешением. Эти беспрецедентные снимки позволят астрономам разгадать некоторые из самых глубоких тайн космоса.

Формы бликов, которые собирает камера Романа, снижают качество изображений и, следовательно, ограничивают способность астрономов характеризовать определенные космические структуры. Инновационное программное обеспечение, разработанное командой NASA Ames совместно с сотрудниками Центра космических полетов Годдарда НАСА и IPAC/Caltech, 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. Образующиеся отблески могут создавать обманчивые артефакты на изображениях, имитирующие реальные планеты или туманности. Программное обеспечение ROSALIA позволит астрономам корректировать свои планы наблюдений, чтобы ограничить влияние бликов на научные объекты в изображениях Романа.

Помимо ярких бликов, рассеянный свет может проявляться и в виде диффузного фона. Эта форма рассеянного света мешает наблюдениям самых темных областей Вселенной, что критически важно для понимания формирования крупномасштабных структур во Вселенной.

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 предсказывает и удаляет фоновые загрязнения, включая зодиакальный и рассеянный свет, из изображений, обнажая тусклые, рассеянные излучения по краям галактик, где скрыты истории космической эволюции.

Новая «многозвездная» технология для обнаружения экзопланет

Коронаграфический инструмент Романа — один из двух инструментов, установленных на борту телескопа Романа. Он продемонстрирует самые передовые технологии, когда-либо использовавшиеся в космосе для прямого получения изображений планет вокруг других звезд. Коронаграф 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 увидеть слабое отраженное излучение от вращающихся планет.

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

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

Исследователи NASA Ames решают эту проблему с помощью инновационной технологии под названием Multi-Star Wavefront Control (MSWC) — управление волновым фронтом в многозвездных системах. Эта технология включает в себя специальные маски, блокирующие свет, и сопутствующее программное обеспечение, разработанное для подавления света от нескольких звезд и выявления скрытых экзопланет. В рамках сотрудничества с Лабораторией реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии маски MSWC включены в полетный инструмент коронаграфа Романа как дополнительная возможность, выходящая за рамки базовых режимов наблюдений Романа. Их можно будет использовать, если команде коронаграфа 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, находясь всего в четырех световых годах. Эта тройная звездная система содержит пару звезд, подобных Солнцу — Альфа Центавра AB — вокруг которых вращается гораздо меньшая и более тусклая звезда — Проксима Центавра. Хотя подтвержденных экзопланет вокруг звезд, подобных Солнцу, в этой системе нет, кандидат в планеты был идентифицирован космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА в обитаемой зоне Альфа Центавра A. Исследователи, в том числе команда Ames MSWC, работают над разработкой возможностей, необходимых для наблюдения за этой системой.

NASA Ames также осуществляет руководство и поддержку рабочей группы по аппаратному обеспечению в рамках Программы участия в коронаграфических исследованиях Романа. Эта программа позволяет международным группам исследователей внедрять дополнительные возможности для коронаграфа Романа, выходящие за рамки его базовых режимов; это включает в себя многозвездные режимы, разрабатываемые в NASA Ames, которые используют различные маски, помимо базовых, или новые алгоритмы управления и зондирования волнового фронта.

Продвинутые суперкомпьютерные вычисления

Эксперты Отдела передовых суперкомпьютерных вычислений НАСА в Эймсе развивают научные исследования Романа, привнося обширный опыт в области конвейеров данных и эксплуатации миссий, чтобы предоставлять консультации и руководство проекту Романа на ключевых этапах разработки миссии. Это обеспечивает надежную работу наземных систем и операций, чтобы обработка научных данных была эффективной, а качество и целостность получаемых научных продуктов — высокими.

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