Godzinę i 23 minuty po starcie Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman zmienił ciasną konfigurację, która pozwalała mu zmieścić się w osłonie rakiety. Rozłożyły się panele słoneczne i osłona przeciwsłoneczna, osłaniając obserwatorium i dostarczając zasilanie do jego systemów.
Dzień później, 31 sierpnia, dwie minuty po południu wschodniego czasu USA rozpoczął 3-minutowy manewr korekty kursu, dostosowując trajektorię do orbity docelowej. To pierwsza z dwóch planowanych korekt, które mają utrzymać teleskop na kursie do drugiego punktu Lagrange’a, L2. Podróż do celu powinna mu zająć ok. 100 dni, a po wejściu na orbitę wokół punktu L2, Roman będzie wymagać jedynie okresowych uruchomień silnika, mniej więcej co 28 dni.
Nie tracą teleskopu Nancy Grace Roman z oczu
Tego samego dnia, 31 sierpnia, dwie godziny później, jak donosi na blogu NASA – Blog Nancy Grace Roman Space Telescope – Ashley Balzer, rozłożona została antena teleskopu.
11-kilogramowa antena z kompozytu węglowego będzie przesyłać największą ilość danych spośród wszystkich misji astrofizycznych NASA. Na jednej częstotliwości będzie odbierać polecenia i przesyłać informacje o stanie i lokalizacji kosmicznego statku. Na innej – z prędkością do 500 MB na sekundę – przesyłać dane do stacji naziemnych w Nowym Meksyku, Australii i Japonii.
Po antenie, przyszedł czas na dużą przeciwsłoneczną osłonę aparatury, która ma chronić teleskop przed niepożądanym światłem. Trzy uruchamiane elektronicznie wysięgniki rozłożyły osłonę w osiem minut.
1 września zespół NASA zajmujący się Kosmicznym Teleskopem Nancy Grace Roman uruchomił koronograf misji. Ten instrument – system masek, samonastawnych luster i czujników – będzie służył do bezpośredniego obrazowania planet krążących wokół gwiazd. Blokując światło gwiazd, umożliwi obserwację krążących wokół nich dysków pyłowych i planet (o koronografie pisaliśmy tutaj). Uruchomienia to jednak nie gotowość do operacji naukowej, na tę przyjdzie czas po wielomiesięcznej serii kalibracji i testów.
Oprócz bezpośredniego obrazowania, Roman będzie odkrywać planety za pomocą mikrosoczewkowania i tranzytów. A jeśli piszemy mikrosoczewkowanie, to musi pojawić się akcent polski.
Astronomowie z UW pomogli przygotować misję
Dr hab. Przemysław Mróz oraz dr hab. Radosław Poleski, astronomowie z Obserwatorium AstronomicznegoUniwersytetu Warszawskiego to jedyni polscy naukowcy biorący udział w planowaniu misji teleskopu.
Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman ma eksplorować galaktyki i gwiazdy supernowe, badać ciemną energię i ciemną materię, szukać egzoplanet, czyli planet krążących wokół gwiazd innych niż Słońce, poza naszym Układem Słonecznym. Będzie szukać planet – między innymi z wykorzystaniem mikrosoczewkowania. A mikrosoczewkowanie grawitacyjne to specjalność naukowców z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. Metodę tę wykorzystuje prowadzony przez nich od ponad 30 lat projekt OGLE – Optical Gravitational Lensing Experiment – jeden z największych na świecie przeglądów nieba.
Na czym polega mikrosoczewkowanie?
– Zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego w najprostszych słowach, polega na tym, że nie obserwujemy bezpośrednio ciemnego obiektu, który jest właśnie soczewką, ale on swoją masą powoduje, tak jak szkło powiększające, że dobiega do nas więcej światła od jakiegoś innego źródła. Ta soczewka grawitacyjna sprowadza do nas swoją grawitacją więcej światła pochodzącego od jakichś odległych gwiazd. Jak się tak zdarzy, że planeta swobodna czy czarna dziura ustawi się dobrze w stosunku do jakiegoś źródła światła, to potrafi ona skierować do nas więcej światła. Mierzymy je i potem ze zmian jesteśmy w stanie stwierdzić, jaka jest masa tej soczewki, czyli planety lub czarnej dziury. Dalszymi obliczeniami określamy, jakie są parametry obiektu. Stąd wiemy, że to jest albo planeta, albo czarna dziura i w ten sposób, trochę pośrednio, ale metodami, które są dobrze udokumentowane prawami fizyki, poznajemy nieświecące obiekty – tłumaczył w niedawnej rozmowie z Serwisem Naukowym UW kierownik projektu OGLE, prof. Andrzej Udalski.
Polscy naukowcy – we współpracy z ogromnym międzynarodowym zespołem – przygotowywali eksperyment mikrosoczewkowania, pracowali też nad kodami i algorytmami, które posłużą do analizy zbieranych przez teleskop Roman danych.
W pracę teleskopu – już po starcie – jak mówił w rozmowie z Serwisem Naukowym UW prof. Radek Poleski, jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, włączą się w lutym. Wtedy mają się zacząć obserwacje pól do mikrosoczewkowania.
– Głównym celem eksperymentu jest poszukiwanie zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego w kierunku centralnych pól w kierunku centrum Galaktyki. W tym celu musimy obserwować dużą liczbę, ok. 240 mln gwiazd. I poszukiwać pojaśnień spowodowanych przez zjawiska mikrosoczewkowania. Wśród tych pojaśnień będziemy szukać tych, które mają sygnały od planety. Takich planet mikrosoczewkowych będzie co najmniej 1000-1500, ale szacowania są różne. Nie wiemy dokładnie, ile ich będzie, dlatego chcemy przeprowadzić obserwacje, żeby zmierzyć, ile tych planet jest i jakie mają własności – mówi prof. Przemysław Mróz.
Przy okazji dadzą się zauważyć planety odkrywane metodą tranzytów – w tej metodzie na podstawie spadku jasności gwiazdy wnioskuje się o obecności wokół niej planety. Tych planet będzie bardzo dużo, nawet 100 000. Ale większość gwiazd, wokół których będą znajdowane te planety, będzie za słaba, żeby je potem dodatkowo obserwować. Wobec czego, de facto zauważone zostaną kandydatki na planety, później nikt nie będzie w stanie ich istnienia potwierdzić.
Polowanie na planety swobodne
Obszar nieba, który będzie obserwować Roman polscy astronomowie chcą równolegle obserwować teleskopem warszawskim.
– Prowadzimy przygotowania od tego roku. Cel jest taki, żeby równocześnie obserwować te same gwiazdy z Ziemi i z teleskopu kosmicznego Roman. Oczywiście, Roman obserwuje w trochę innym zakresie fal niż my na Ziemi. Niemniej, spodziewamy się, że będzie pewna znacząca liczba wspólnych obiektów, możemy to oszacować na ok. 2 mln, może więcej, wspólnych gwiazd – mówi astronom.
– Chcemy równocześnie obserwować te same zjawiska z Ziemi i z kosmosu po to, żeby móc mierzyć efekty paralaksy, które występują, jeżeli obserwujemy te same zjawiska mikrosoczewkowania z dwóch różnych obserwatoriów. To samo zjawisko soczewkowania zaobserwowaliśmy już z Ziemi i teleskopu kosmicznego Gaia. Gaia znajdowała się wtedy w drugim punkcie Lagrange’a – w tym samym, do którego zmierza Roman – półtora miliona kilometrów od Ziemi. I ze względu na różnicę odległości zobaczyliśmy, że to samo zjawisko wyglądało trochę inaczej, było nieco przesunięte w czasie. Na tej podstawie byliśmy w stanie po raz pierwszy zmierzyć masę samotnej planety – wspaniałe odkrycie, które zakończyło się publikacją w Science. Satelita Gaia przestał działać w 2025 r., ale chcielibyśmy sprawdzić, czy da się to powtórzyć. Czy uda nam się zobaczyć te same zjawiska mikrosoczewkowania z Ziemi i z satelity Roman, no i dzięki temu, mam nadzieję, być może uda nam się zmierzyć bezpośrednio masy planet – planet swobodnych, a być może też planet, które krążą wokół swojej gwiazdy – tłumaczy badacz.
W tym celu astronomowie z projektu OGLE kupili i zamontowali filtr, który posłuży do obserwacji trochę bardziej czerwonych obiektów, jeszcze bardziej w kierunku podczerwieni niż to było możliwe do tej pory w teleskopie warszawskim. W tym roku ruszyły pierwsze obserwacje, po to, żeby zgromadzić bazę pomiarów.
Ziemska równonoc ma znaczenie
Luty nie jest terminem przypadkowym. Nie każda ziemska pora roku nadaje się do obserwowania zjawisk mikrosoczewkowania z kosmosu. Dobre są tylko wiosna i jesień. A slotów do obserwacji polscy astronomowie dostali sześć.
– Plan jest taki, że będziemy prowadzić sześć eksperymentów, każdy z nich będzie trwał po 72 dni. Ze względów inżynieryjno-technicznych teleskop Roman może patrzeć w kierunku centrum Galaktyki, w te najgęstsze pola, w zasadzie tylko w okolicy naszej ziemskiej równonocy, czy to wiosennej, czy jesiennej. Można więc obserwować centrum Galaktyki w marcu i we wrześniu, plus minus około jeden miesiąc, 72 dni, czyli w każdym slocie sumarycznie nieco ponad dwa miesiące obserwacji – tłumaczy prof. Mróz.
Wybrali sloty, tak, żeby obserwacje rozpoczęły się dość szybko. Trzy okienka na początku misji, dwa w 2027 i jedno w 2028 r., i potem jeszcze trzy okienka pod koniec tego kosmicznego przedsięwzięcia, to już w latach 30.
– Ten wybór ma też uzasadnienie naukowe. Wiemy, że gwiazdy się poruszają na niebie i zmieniają swoje położenie. Jest nadzieja, że pod koniec misji, właśnie w latach 30., zjawiska mikrosoczewkowania, które teraz zobaczymy się rozjadą i będziemy w stanie rozdzielić gwiazdy, które w nich uczestniczyły – źródło i soczewkę. Wobec czego, zobaczymy wówczas światło bezpośrednio od soczewki i od źródła, osobno. Dzięki temu będzie można dużo powiedzieć o tym, co się dzieje i jakie mają własności (m.in. masę i odległość) te soczewki i te gwiazdy. Taki jest plan. Czekamy – badacz zdradza szczegóły.
Najciekawsze jest to, czego nie znamy
Nasza wiedza, wiedza naukowców o Wszechświecie poszerza się w ostatnich latach w kosmicznym tempie. Jednak wiele tajemnic pozostaje nierozwiązanych, i wiele pytań czeka na odpowiedzi.
Co dla astronoma byłoby najciekawsze albo najbardziej zaskakujące, spośród tego, co zaobserwuje kosmiczny teleskop Nancy Grace Roman?
– Najbardziej oczekuję tego, czego nie wiemy. To jest ogromny teleskop kosmiczny, z dużym lustrem, który ma też bardzo duże pole widzenia. Możemy za pomocą tego instrumentu robić przeglądy nieba, czyli systematycznie obserwować wielkie obszary nieba. Za każdym razem, kiedy otwiera się taka możliwość, żeby obserwować duże obszary nieba głębiej i lepiej, jest duża szansa znalezienia czegoś, czego zupełnie teraz nie znamy, nowych zjawisk, nowych obiektów. To na pewno byłoby najciekawsze. Nie możemy sobie nawet teraz wyobrazić, co to będzie, ale jest ewentualność, że znajdziemy coś totalnie nieznanego, coś o czym nikt do tej pory nie myślał. To byłby oczywiście największy sukces tej misji – odpowiada prof. Mróz.
Bardziej przyziemnie, jak sam to określa, najbardziej czeka na wyniki dotyczące planet swobodnych. Z tematem jest związany prawie 10 lat, gdy w ramach doktoratu udało się mu się pokazać, że takie obiekty istnieją. Dzięki obserwacjom z teleskopu Roman, badacze spodziewają się odkrycia ogromnej liczby tego typu zjawisk, co ma poprawić rozumienie i wiedzę nie tylko na temat planet swobodnych, ale także na temat powstawania układów planetarnych.
A co się będzie działo z ciemną energią?
Teleskop Nancy Grace Roman może przynieść dużo przełomowych wyników w kosmologicznej części misji. Zwłaszcza że głównym obszarem jego zainteresowania będzie ciemna energia, czyli coś, co wypełnia nasz Wszechświat, ale do końca nikt nie wie, czym to jest.
– Jedni twierdzili, że ciemna energia to matematyczna stała, która się pojawia w równaniach Einsteina opisujących Wszechświat. Coś co Einstein matematycznie wyprowadził jeszcze na początku XX wieku, ale obserwacyjnie ukazało się dopiero pod koniec lat 90. Natomiast w ostatnich latach pojawia się coraz więcej pytań, czy to rzeczywiście jest stała. Wyniki różnych eksperymentów naziemnych wskazują, że być może ciemna energia ewoluuje i zmienia się w czasie. Nikt nie ma pojęcia, co to może być, jakie są tego konsekwencje. Obserwacje, które będą prowadzone za pomocą teleskopu Roman umożliwią, by dokładniej to zbadać, niż możemy to zrobić z Ziemi, bardziej precyzyjnie zmierzyć zachowanie ciemnej energii, zmierzyć czy ona rzeczywiście jest stała, czy się zmienia w czasie. I to będzie przełom w kosmologii – tłumaczy naukowiec.
Czy znajdziemy bliźniaczą Ziemię?
Są przewidywania, według których uda się znaleźć planetę, która jest wielkości Ziemi w takiej odległości jak Ziemia od Słońca.
– Spodziewamy się – i to też dzięki połączeniu dwóch metod poszukiwania planet pozasłonecznych, czyli metody tranzytu i metody mikrosoczewkowania – że będziemy mogli dość precyzyjnie zmierzyć, jaką wartość ma liczba, która określa, ile jest planet podobnych do Ziemi wokół gwiazd typu słonecznego. Jeżeli popatrzeć do literatury, to różne badania dają różne odpowiedzi na to pytanie, od prawie zera do kilku ziem na każdą gwiazdę, więc w zasadzie nie wiemy, ile ona wynosi. A ma to duże konsekwencje, bo powie nam, czy nasz Układ Słoneczny jest wyjątkowy, czy nasza Ziemia w jakiś sposób jest wyjątkowa, czy może takich podobnych planet jest w Drodze Mlecznej całkiem sporo. To jest kolejne bardzo ważne pytanie, na które staramy się odpowiedzieć dzięki obserwacjom prowadzonym za pomocą teleskopu Roman – komentuje prof. Przemek Mróz.
