Czasami gwiazdy mogą zostać oderwane od gromad kulistych, gdy krążą wokół masywnej galaktyki. Naukowcy zidentyfikowali kilka obiektów w naszej galaktyce Drogi Mlecznej, a także zauważyli przerwy pomiędzy tymi zapętlonymi wąsami. Co spowodowało te luki? Jedna z możliwości: substancja znana jako ciemna materia. Po wystrzeleniu rzymskiego teleskopu kosmicznego Nancy Grace astronomowie wykorzystają jego rozległe obrazy w wysokiej rozdzielczości do po raz pierwszy dostrzeżenia znacznie większej liczby strumieni pływowych – i potencjalnie towarzyszących im luk – w pobliskich galaktykach. Głównym kandydatem jest nasza sąsiadka, galaktyka Andromedy, która pojawia się na powyższej ilustracji. Wkrótce badacze nie tylko będą w stanie zidentyfikować strumienie pływowe w Andromedzie, ale być może będą mogli również wykorzystać doskonałą rozdzielczość Romana do określenia większej liczby właściwości tej tajemniczej substancji. Źródło: NASA, Joseph Olmsted (STScI)
NASA’S Rzymski Teleskop Kosmiczny wykorzysta obrazowanie o wysokiej rozdzielczości do badania ciemnej materii poprzez analizę strumieni gwiazd w galaktyce Andromedy, dostarczając nowych informacji na temat kosmicznej roli i właściwości ciemnej materii.
Niektóre z najdrobniejszych szczegółów we wszechświecie – przerwy pomiędzy wydłużonymi grupami gwiazd – mogą wkrótce pomóc astronomom odkryć ciemną materię z większą szczegółowością niż kiedykolwiek wcześniej. Po wystrzeleniu należącego do NASA rzymskiego teleskopu kosmicznego Nancy Grace do maja 2027 r. badacze wykorzystają jego zdjęcia do zbadania, co istnieje pomiędzy zapętlonymi wąsami gwiazd wyciąganych z gromad kulistych. W szczególności skupią się na strumieniach pływowych z gromad kulistych krążących wokół naszej sąsiadującej galaktyki Andromedy. Ich celem jest wskazanie większej liczby przykładów takich strumieni pływowych, zbadanie szczelin między gwiazdami i idealne określenie konkretnych właściwości ciemnej materii.
Strumienie gromad kulistych przypominają wstęgi trzepoczące w kosmosie, zarówno prowadzące, jak i podążające za gromadami kulistymi, skąd powstały, wzdłuż ich orbit. Ich długości w naszym droga Mleczna galaktyki są bardzo zróżnicowane. Bardzo krótkie strumienie gwiazdowe są stosunkowo młode, podczas gdy te, które całkowicie owijają się wokół galaktyki, mogą być prawie tak stare jak wszechświat. Strumień całkowicie owinięty wokół galaktyki Andromedy może mieć ponad 300 000 lat świetlnych długości, ale mniej niż 3000 lat świetlnych szerokości.
Zaawansowane obrazowanie i przełomy obserwacyjne
Dzięki Romanowi astronomowie będą mogli po raz pierwszy przeszukiwać pobliskie galaktyki w poszukiwaniu strumieni gwiazdowych z gromad kulistych. Instrument Wide Field Instrument Romana ma 18 detektorów, które wytwarzają obrazy 200 razy większe od Kosmiczny teleskop Hubblekamery bliskiej podczerwieni – w nieco większej rozdzielczości.
Ogromny ślad instrumentu Wide Field Instrument, który ma wkrótce powstać rzymski teleskop kosmiczny Nancy Grace, pokazuje, jak wiele jego kamera może zaobserwować na jednym obrazie. (Instrument szerokiego pola ma 18 detektorów kwadratowych.) W obrębie tego śladu znajduje się symulowany obraz rzymski. Tło stanowi naziemne zdjęcie głównego dysku galaktyki Andromedy z Digitized Sky Survey. Dla porównania zdjęcie Księżyca w pełni wykonane przez należącą do NASA sondę Lunar Reconnaissance Orbiter. Andromeda ma średnicę na niebie około 3 stopni, podczas gdy Księżyc ma średnicę około 0,5 stopnia. (W rzeczywistości Księżyc jest znacznie mniejszy od Andromedy, ale jest też znacznie bliżej). Ślad instrumentu Wide Field Instrument rejestruje w jednym ujęciu 0,28 stopnia kwadratowego nieba. Andromeda to galaktyka spiralna, która pod względem wielkości i struktury jest podobna do naszej Drogi Mlecznej, ale jest bardziej masywna. Znajduje się około 2,5 miliona lat świetlnych od Ziemi. Źródło: Zdjęcie: NASA, NASA-GSFC, ASU, Robert Gendler DSS; Symulacja: NASA, STScI, Benjamin F. Williams (UWaszyngton)
„Roman będzie mógł wykonać ogromne zdjęcie galaktyki Andromedy, czego po prostu nie da się zrobić żadnym innym teleskopem” – powiedział Christian Aganze, główny autor niedawnego badania Dziennik astrofizyczny pracę na ten temat oraz postdoc na Uniwersytecie Stanforda w Kalifornii. „Przewidujemy również, że Roman będzie w stanie wykrywać gwiazdy indywidualnie”.
Wyobraźcie sobie rezultaty: rozległe, niezwykle szczegółowe zdjęcia Romana pozwolą naukowcom z łatwością zidentyfikować wiele przykładów strumieni gromad kulistych w Andromedzie. Do tej pory astronomowie korzystający z istniejących teleskopów w kosmosie i na ziemi ograniczali się do badania nieco mniejszej liczby strumieni gromad kulistych w naszej Drodze Mlecznej.
Czy ciemna materia pomiędzy gwiazdami?
Ciemnej materii, którą wielu uważa za cząstkę, nie można jeszcze zaobserwować bezpośrednio, ponieważ nie emituje, nie odbija, nie załamuje ani nie absorbuje światła. Jeśli tego nie widzimy, skąd mamy wiedzieć, że tam jest? „Widzimy wpływ ciemnej materii na galaktyki” – wyjaśnił Aganze. „Na przykład, kiedy modelujemy obrót galaktyk, potrzebujemy dodatkowej masy, aby wyjaśnić ich obrót. Ciemna materia może dostarczyć tej brakującej masy.”
Wszystkie galaktyki, łącznie z Drogą Mleczną, otoczone są halo ciemnej materii. Gdy astronomowie zdobędą więcej informacji na temat natury ciemnej materii, mogą znaleźć dowody na to, że halo galaktyki może również zawierać dużą liczbę mniejszych podhalo ciemnej materii, co przewidują modele. „Te aureole są prawdopodobnie w przybliżeniu kuliste, ale ich gęstość, rozmiary i nawet to, czy w ogóle istnieją, nie są obecnie znane” – wyjaśnił Tjitske Starkenburg, współautor i adiunkt w laboratorium badawczym Uniwersytet Północno-Zachodni w Evanston w stanie Illinois.
Przyszłość badań kosmicznych
Roman na nowo zdefiniuje ich poszukiwania. „Spodziewamy się, że ciemna materia będzie oddziaływać ze strumieniami gromad kulistych. Jeśli te subhalo są obecne w innych galaktykach, przewidujemy, że zobaczymy przerwy w strumieniach gromad kulistych, które prawdopodobnie są spowodowane przez ciemną materię” – kontynuował Starkenburg. „To da nam nowe informacje o ciemnej materii, w tym o tym, jakie rodzaje halo ciemnej materii występują i jakie są ich masy”.
Aganze i Starkenburg szacują, że Roman skutecznie dostarczy potrzebne im dane z pobliskich galaktyk – w sumie zajmie to tylko jedną godzinę – i że obserwacje te mogą zostać przechwycone przez sondę Badanie szerokiego obszaru na dużych szerokościach geograficznych.
Starkenburg pomoże także w przygotowaniu podwalin tego badania poprzez swój wkład w inny projekt wybrany niedawno do finansowania w ramach programu możliwości udziału w badaniach i wsparciu rzymskiego teleskopu kosmicznego Nancy Grace należącego do NASA. „Zespół ten planuje modelować sposób, w jaki gromady kuliste formują się w strumienie gwiazdowe, opracowując znacznie bardziej szczegółowe ramy teoretyczne” – wyjaśniła. „Będziemy dalej przewidywać, skąd pochodzą gromady kuliste tworzące strumienie i czy strumienie te będą możliwe do zaobserwowania za pomocą Romana”.
Aganze jest także podekscytowany innymi projektami, które obecnie lub wkrótce pojawią się w Internecie. „ Europejska Agencja KosmicznaMisja Euclid już zaczyna badać wielkoskalową strukturę wszechświata, co pomoże nam dowiedzieć się więcej o roli ciemnej materii” – powiedział. „A Obserwatorium Very C. Rubin wkrótce będzie wielokrotnie skanować nocne niebo w podobnych celach. Dane z tych misji będą niezwykle przydatne w ograniczaniu naszych symulacji podczas przygotowań do Romana”.
Odniesienie: „Perspektywy wykrywania luk w strumieniach gwiazd gromady kulistej w galaktykach zewnętrznych za pomocą rzymskiego teleskopu kosmicznego Nancy Grace” autorstwa Christiana Aganze, Sarah Pearson, Tjitske Starkenburg, Gabriella Contardo, Kathryn V. Johnston, Kiyan Tavangar, Adrian M. Price-Whelan i Adam J. Burgasser, 15 lutego 2024 r., Dziennik astrofizyczny.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad159c
Rzymski Teleskop Kosmiczny Nancy Grace, nazwany na cześć pierwszego głównego astronoma NASA i kluczowej postaci w rozwoju Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, stanowi znaczący postęp w obserwatoriach kosmicznych. Teleskop ten, którego wystrzelenie zaplanowano na połowę 2020 r., został zaprojektowany do badania szerokiego zakresu zjawisk astronomicznych, od tajemnic ciemnej energii i ciemnej materii po egzoplaneta wykrywanie i badanie tła kosmicznego w podczerwieni. Wyposażony w 2,4-metrowe zwierciadło główne i zestaw wyrafinowanych instrumentów, w tym instrument szerokiego pola do badań na dużą skalę i instrument koronograf do bezpośredniego obrazowania egzoplanet, Rzymski Teleskop Kosmiczny ma na celu prowadzenie przełomowych badań na ogromnym obszarze nieba z precyzją i głębokością nieporównywalną z obecnymi obserwatoriami. Jej misją jest poszerzanie naszej wiedzy o wszechświecie, kontynuując dziedzictwo szczegółowych badań i odkryć astronomicznych.
