Ako misia NASA Roman odhalí našu domovskú galaxiu pomocou kozmického prachu

Vesmírny teleskop Nancy Grace Roman NASA pomôže vedcom lepšie pochopiť menej žiarivé zložky našej galaxie Mliečnej cesty – plyn a prach rozptýlený v medzihviezdnom prostredí.

Jeden z hlavných pozorovacích programov Roman, nazývaný Galactic Plane Survey, bude pozorovať našu galaxiu až po jej najvzdialenejší okraj a zmapuje približne 20 miliárd hviezd, čo je asi štyrikrát viac, ako bolo doteraz zmapované. Vedci použijú údaje z týchto hviezd na štúdium a zmapovanie prachu, ktorým prechádza ich svetlo, čím prispejú k doteraz najúplnejšiemu obrazu štruktúry Mliečnej cesty, formovania hviezd a pôvodu našej slnečnej sústavy.

Naša galaxia Mliečna cesta je domovom viac ako 100 miliárd hviezd, ktoré sú často od seba vzdialené bilióny kilometrov. Priestory medzi nimi, nazývané medzihviezdne prostredie, nie sú prázdne – sú posiate plynom a prachom, ktoré sú zároveň zárodkami nových hviezd a zvyškami dávno zaniknutých hviezd. Štúdium medzihviezdneho prostredia pomocou observatórií, ako je pripravovaný vesmírny teleskop Nancy Grace Roman Space Telescope agentúry NASA, prinesie nové poznatky o systéme recyklácie galaktického prachu.
Zdroj: NASA/Laine Havens; Hudba: Building Heroes od Enrico Cacace [BMI], Universal Production Music

„S Romanom budeme môcť premeniť existujúce predstavy umelcov o Mliečnej ceste na modely založené na väčšom množstve údajov, a to pomocou nových obmedzení týkajúcich sa 3D rozloženia medzihviezdneho prachu,“ povedala Catherine Zucker, astrofyzička z Centra pre astrofyziku | Harvard & Smithsonian v Cambridge v štáte Massachusetts.

Riešenie tajomstva Mliečnej cesty

Vedci vedia, ako pravdepodobne vyzerá naša galaxia, na základe kombinácie pozorovaní Mliečnej cesty a iných špirálových galaxií. Prachové mraky však sťažujú zistenie podrobností o opačnej strane našej galaxie. Predstavte si, že sa snažíte zmapovať okolie, pričom sa pozeráte cez okná domu obklopeného hustou hmlou.

Roman bude vidieť cez „hmlu“ prachu pomocou špecializovanej kamery a filtrov, ktoré pozorujú infračervené svetlo – svetlo s dlhšími vlnovými dĺžkami, ako dokážu zachytiť naše oči. Infračervené svetlo má väčšiu šancu prejsť cez prachové mraky bez rozptylu.

Tento umelecký koncept vizualizuje rôzne typy svetla pohybujúceho sa cez oblak častíc. Keďže infračervené svetlo má dlhšiu vlnovú dĺžku, môže ľahšie prechádzať prachom. To znamená, že astronómovia pozorujúci v infračervenom svetle môžu nahliadnuť hlbšie do zaprášených oblastí.
Zdroj: Goddardovo centrum vesmírnych letov NASA

Svetlo s kratšími vlnovými dĺžkami, vrátane modrého svetla produkovaného hviezdami, sa ľahšie rozptyľuje. To znamená, že hviezdy svietiace cez prach vyzerajú slabšie a červenšie, ako v skutočnosti sú.

Porovnaním pozorovaní s informáciami o vlastnostiach zdrojovej hviezdy môžu astronómovia zistiť jej úroveň zčervenania. Štúdium týchto efektov nám umožní získať informácie o vlastnostiach prachu.

„Môžem sa opýtať: ‚O koľko je červenšie a slabšie hviezdne svetlo, ktoré Roman detekuje pri rôznych vlnových dĺžkach?‘ Potom môžem tieto informácie použiť a vzťahovať ich na vlastnosti samotných prachových zŕn, a to najmä na ich veľkosť,“ povedal Brandon Hensley, vedec, ktorý študuje medzihviezdny prach v Jet Propulsion Laboratory NASA v južnej Kalifornii.

Vedci sa tiež dozvedia o zložení prachu a preskúmajú mraky, aby preskúmali fyzikálne procesy, ktoré stoja za zmenami vlastností prachu.

Stopy v hviezdnom svetle ovplyvnenom prachom naznačujú množstvo prachu medzi nami a hviezdou. Spojením výsledkov z mnohých hviezd môžu astronómovia vytvoriť podrobné 3D mapy prachu. To by umožnilo vedcom, ako je Zucker, vytvoriť model Mliečnej cesty, ktorý nám ukáže, ako vyzerá zvonku. Vtedy budú vedci môcť lepšie porovnať Mliečnu cestu s inými galaxiami, ktoré pozorujeme len zvonku, a zaradiť ju do kozmologickej perspektívy vývoja galaxií.

„Roman pridá úplne nový rozmer k nášmu chápaniu galaxie, pretože uvidíme miliardy a miliardy ďalších hviezd,“ povedal Zucker. „Akonáhle budeme pozorovať hviezdy, budeme mať k dispozícii aj údaje o prachu, pretože jeho účinky sú zakódované v každej hviezde, ktorú Roman detekuje.“

Galaktické životné cykly

Plyn a prach v medzihviezdnom prostredí Mliečnej cesty je stavebným materiálom pre vznik nových hviezd a planét. Jeho husté zhluky môžu gravitačne kolabovať a odštartovať prvé fázy vývoja hviezd a planét.

„Prach nesie veľa informácií o našom pôvode a o tom, ako všetko vzniklo,“ povedal Josh Peek, astronóm a vedúci úradu pre vedu o dátach v Space Telescope Science Institute v Baltimore v štáte Maryland. „V súčasnosti v podstate stojíme na naozaj veľkom zrnku prachu – Zem bola vytvorená z množstva naozaj malých zŕn, ktoré sa spojili do obrovskej gule.“

Roman identifikuje mladé zoskupenia hviezd v nových, vzdialených oblastiach formovania hviezd a prispeje údajmi o „továrňach na hviezdy“, ktoré boli predtým identifikované misiami, ako je napríklad už vyradený Spitzerov vesmírny teleskop NASA.

„Ak chcete pochopiť vznik a vývoj hviezd v rôznych oblastiach Mliečnej cesty, musíte spoznať medzihviezdny priestor v ktorom sa nachádzajú,“ povedal Zucker. „Roman nám umožní prepojiť 3D štruktúru medzihviezdneho prostredia s 3D rozložením mladých hviezd v disku galaxie.“

Nové 3D mapy prachu od Romana nám pomôžu lepšie pochopiť špirálovú štruktúru Mliečnej cesty. Kombináciou údajov o rýchlosti s mapami prachu vedci porovnajú pozorovania s predpoveďami z modelov, aby pomohli identifikovať príčinu špirálovej štruktúry, ktorá je v súčasnosti nie úplne jasná.

Úloha, ktorú táto špirálová štruktúra zohráva pri formovaní hviezd, zostáva podobne neistá. Niektoré teórie naznačujú, že galaktická kongescia spúšťa vznik nových hviezd, zatiaľ čo iné tvrdia opak.

Roman pomôže vyriešiť takéto záhady tým, že poskytne viac údajov o vlastnostiach prachových častíc v celej Mliečnej ceste. To umožní vedcom porovnať mnoho galaktických oblastí a študovať vznik nových hviezd v špecifických štruktúrach, ako sú vinuté špirálové ramená galaxie alebo jej centrálna oblasť.

Vesmírny teleskop Nancy Grace Roman NASA vykoná prieskum galaktickej roviny s cieľom preskúmať našu domovskú galaxiu, Mliečnu cestu. Prieskum zmapuje približne 20 miliárd hviezd, z ktorých každá obsahuje informácie o medzihviezdnom prostredí, teda o prachu a plyne nachádzajúcom sa medzi hviezdami. Štúdium medzihviezdneho prostredia by mohlo poskytnúť informácie o špirálových ramenách našej galaxie, galaktickom recyklovaní a mnohých ďalších javoch.
Zdroj: NASA, STScI, Caltech/IPAC

Astronomická komunita sa momentálne nachádza v záverečnej fáze plánovania Romanovho prieskumu galaktickej roviny.

„Vďaka Romanovmu rozsiahlemu prieskumu galaktickej roviny budeme mať hlboké poznatky o našej galaxii,“ povedal Peek.

Po spracovaní budú Romanove údaje verejne dostupné online prostredníctvom Roman Research Nexus a Barbara A. Mikulski Archive for Space Telescopes, ktoré budú v nasledujúcich rokoch poskytovať otvorený prístup k údajom.

„Ľudia, ktorí sa ešte nenarodili, budú môcť robiť naozaj zaujímavé analýzy týchto údajov,“ povedal Peek. „Máme naozaj krásny kúsok nášho dedičstva, ktorý môžeme odovzdať budúcim generáciám a oslavovať ho.“

Roman má byť vypuštěný najneskôr v máji 2027, pričom tím pracuje na potenciálnom skoršom vypustení už na jeseň 2026.

Vesmírny teleskop Nancy Grace Roman je riadený z Goddardovho centra vesmírnych letov NASA v Greenbelte v štáte Maryland za účasti Laboratória raketového pohonu NASA a Caltech/IPAC v južnej Kalifornii, Inštitútu vedy vesmírnych teleskopov v Baltimore a vedeckého tímu zloženého z vedcov z rôznych výskumných inštitúcií. Hlavnými priemyselnými partnermi sú BAE Systems Inc. v Boulder v Colorade, L3Harris Technologies v Rochester v New Yorku a Teledyne Scientific & Imaging v Thousand Oaks v Kalifornii.

Autor: Laine Havens
NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland.