Вклад Исследовательского центра NASA Ames в миссию телескопа Романа

Космический телескоп Нэнси Грейс Роман, запуск которого запланирован на 30 августа, позволит астрономам исследовать обширные области космоса и ответить на ключевые вопросы, касающиеся темной энергии, темной материи, планет за пределами Солнечной системы, а также формирования и эволюции галактик во Вселенной. Значительный вклад в миссию телескопа Романа внесли исследователи из Исследовательского центра NASA Ames в Кремниевой долине, Калифорния, используя ресурсы, экспертизу и инновационные разработки центра для развития научных возможностей телескопа.

Инструменты для предсказания и устранения бликов

Основной инструмент телескопа Романа, широкоугольный прибор (Wide Field Instrument), будет делать масштабные снимки Вселенной в высоком разрешении в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах. Эти беспрецедентные изображения позволят астрономам разгадать некоторые из самых глубоких тайн космоса.

Различные виды бликов, которые фиксирует камера телескопа Романа, снижают качество изображений, тем самым ограничивая возможности астрономов по изучению определенных космических структур. Инновационное программное обеспечение, разработанное командой NASA Ames совместно с коллегами из Центра космических полетов имени Годдарда NASA и IPAC/Caltech, улучшит снимки 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, полученных широкоугольным прибором Романа.

Загрязнение светом происходит, когда фотоны рассеиваются внутри оптической системы телескопа. В результате возникающие отблески могут создавать ложные артефакты на изображениях, имитируя вид реальных планет или туманностей. Программное обеспечение ROSALIA позволит астрономам корректировать планы наблюдений, чтобы минимизировать попадание отблесков на научные объекты в изображениях телескопа Романа.

Помимо ярких отблесков, рассеянный свет может проявляться и в виде диффузного фона. Этот вид рассеянного света мешает наблюдениям самых темных областей Вселенной, что критически важно для понимания формирования крупномасштабных структур. Другим значительным источником рассеянного света является сам космос: 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 слабые, диффузные излучения на краях галактик, где скрыты истории космической эволюции.

Новая технология «Мульти-звездного» наблюдения для обнаружения экзопланет

Коронограф Романа (Roman Coronagraph Instrument) — один из двух инструментов, установленных на телескопе. Он продемонстрирует самые передовые технологии, когда-либо использованные 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 увидеть слабое отраженное излучение от орбитальных планет.

Базовый режим работы коронографа Романа поддерживает наблюдение экзопланет только в одиночных звездных системах, поскольку существующие коронографические 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, похожих на Солнце, 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 формировании и эволюции экзопланет, поскольку эти процессы существенно различаются в одиночных и многозвездных системах. Преодоление проблемы перекрывающихся бликов от нескольких звезд является ключом к получению изображений планет в таких системах.

Исследователи NASA Ames решают эту задачу с помощью инновационной технологии под названием Multi-Star Wavefront Control (MSWC). Эта технология включает в себя специальные светоблокирующие маски и сопутствующее программное обеспечение, предназначенное для подавления света от нескольких звезд и обнаружения скрытых экзопланет. В сотрудничестве с Лабораторией реактивного движения NASA в Южной Калифорнии маски MSWC включены в полетный инструмент Коронографа Романа в качестве дополнительной возможности, выходящей за рамки базовых режимов работы Романа. Они могут быть использованы, если команде коронографа будет предоставлено дополнительное время для наблюдений после завершения основного этапа 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 двойную звезду, похожую на Солнце – Альфа Центавра AB – вокруг которой вращается гораздо меньшая и более тусклая звезда – Проксима Центавра. Хотя подтвержденных экзопланет у звезд, похожих на Солнце, в этой системе нет, кандидатом в планеты, обнаруженным космическим телескопом Джеймса Уэбба NASA, является объект в обитаемой зоне Альфа Центавра A. Исследователи, включая команду Ames MSWC, 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 Коронографа Романа. Эта программа позволяет международным командам исследователей обеспечивать дополнительные возможности для Коронографа Романа, выходящие за рамки его базовых режимов; это включает многозвездные режимы, разрабатываемые в NASA Ames, которые используют различные маски, помимо базовых, или новые алгоритмы управления и зондирования волнового фронта.

Передовые суперкомпьютерные вычисления

Эксперты из Отдела передовых суперкомпьютерных вычислений NASA Ames расширяют возможности научных исследований Романа, привнося обширный опыт в области конвейеров обработки данных и эксплуатации миссий. Они предоставляют консультации и руководство проекту Роман на ключевых этапах разработки миссии. Это обеспечивает надежную работу наземных систем и операций, эффективную обработку научных данных, а также высокое качество и целостность получаемых научных продуктов.

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 техники MSWC.