Вклад 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 фундаментальные вопросы о темной энергии, темной материи, планетах за пределами нашей Солнечной системы, а также о формировании и эволюции галактик. Ключевой вклад в миссию Романа внесли исследователи из Исследовательского центра NASA Ames в Кремниевой долине, штат Калифорния, используя мощности, экспертизу и инновации центра для продвижения научных целей Романа.

Инструменты для прогнозирования и удаления бликов

Основная камера Романа, широкоугольный инструмент (Wide Field Instrument), будет делать панорамные снимки Вселенной высокого разрешения в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах. Эти беспрецедентные изображения позволят астрономам разгадать некоторые из самых глубоких тайн космоса.

Виды бликов, которые улавливает камера Романа, снижают качество изображений и, следовательно, затрудняют характеристику определенных космических структур. Инновационное программное обеспечение, разработанное командой NASA Ames совместно с коллегами из Центра космических полетов имени Годдарда NASA и IPAC/Caltech, улучшит изображения Романа и оптимизирует планы наблюдений. Программа ROSALIA (Roman Sky Analyst for Low Surface Brightness Imaging and Astronomy) прогнозирует и удаляет нежелательный свет из астрономических изображений, полученных широкоугольным инструментом Романа.

Загрязняющий рассеянный свет возникает, когда фотоны рассеиваются внутри оптической системы телескопа. Результирующие световые блики могут создавать обманчивые артефакты на изображениях, имитирующие вид реальных планет или туманностей. Программное обеспечение ROSALIA позволит астрономам корректировать планы наблюдений, чтобы ограничить влияние бликов на научные цели на изображениях Романа.

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

Еще один основной источник, затемняющий фоновый свет, — это сама природа: зодиакальный свет. Зодиакальное излучение возникает от рассеяния солнечного света частицами межпланетной пыли в нашей Солнечной системе. Программное обеспечение ROSALIA прогнозирует и удаляет фоновое загрязнение, включая зодиакальный свет и рассеянный свет с изображений, раскрывая слабые, диффузные излучения по краям галактик, где скрыты истории космической эволюции.

Новая технология «многозвездия» для поиска экзопланет

Коронаграф Романа (Roman Coronagraph Instrument) — один из двух инструментов, установленных на Романе. Он продемонстрирует самые передовые технологии, когда-либо использовавшиеся в космосе для прямого получения изображений планет у 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 видеть слабое отраженное излучение от орбитальных планет.

Базовый режим работы коронаграфа Романа поддерживает наблюдение экзопланет только в одиночных звездных системах, поскольку современные коронографические инструменты обычно не способны 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 одиночных и многозвездных системах. Устранение перекрывающихся бликов от нескольких звезд — это ключевая задача, которую необходимо решить для получения 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 светоподавляющие маски и сопутствующее программное обеспечение, предназначенные для подавления света от нескольких звезд и обнаружения скрытых экзопланет. В сотрудничестве с Лабораторией реактивного движения NASA в Южной Калифорнии маски MSWC включены в летный инструмент коронаграфа Романа в качестве дополнительной возможности, выходящей за рамки базовых режимов наблюдений Романа. Они могут быть использованы, если команде коронаграфа будет предоставлено дополнительное время наблюдений после завершения основной фазы демонстрации технологий.

Ближайшая к нам звездная система, Альфа Центавра, является одной из ближайших многозвездных систем к Земле, находящейся 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 подтвержденных экзопланет у звезд, подобных Солнцу, в этой системе нет, кандидат в планету был идентифицирован космическим телескопом Джеймса Уэбба NASA 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 оборудованию в рамках Программы участия коронаграфа Романа. Эта программа позволяет международным командам 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 измерения волнового фронта.

Передовые суперкомпьютерные технологии

Эксперты Отдела передовых суперкомпьютерных технологий NASA в Эймсе способствуют развитию научных исследований Романа, привнося обширный опыт в области конвейеров данных и эксплуатации миссий, чтобы предоставлять консультации и рекомендации 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 NASA Advanced Supercomputing сотрудничали с командой Ames MSWC для разработки высокопроизводительных вычислительных инструментов для симуляции многозвездного управления волновым фронтом и проведения исследований для оценки реализуемости техники MSWC.