Jak uvidí vesmír Nancy Grace Roman Space Telescope?

Vesmírný dalekohled Nancy Roman

Co se týče kosmických teleskopů, maximální porci pozornosti se v těchto dnech dostává Kosmickému dalekohledu Jamese Webba. Tato pozornost je právem zcela zasloužená, přesto se sluší připomenout, že Webbovým teleskopem rozhodně plány na vypouštění velkých kosmických astronomických observatoří nekončí. Už za pár let bychom se mohli dočkat vypuštění teleskopu, který si mnohem více než JWST zaslouží označení „nástupce Hubbleova teleskopu“. Webbův teleskop se totiž od Hubbleova dalekohledu liší (kromě jiného) oblastí elektromagnetického spektra, kterou pozoruje. Nový teleskop bude v tomto směru legendárnímu Hubbleovi mnohem podobnější. Řeč je o dalekohledu, který byl dříve označován zkratkou WFIRST a nyní jej známe jako Nancy Grace Roman Space Telescope.

Tým astrofyziků nyní vytvořil simulovaný snímek, který ukazuje, jak může vypadat megaexpozice právě od Nancy Grace Roman Space Telescope. Výsledný snímek se bude svým rozlišením podobat ikonickému snímku Hubbleova kosmického teleskopu – světoznámému „ultrahlubokému poli“, ovšem pokryje mnohem větší území. Původní snímek Hubbleova teleskopu změnil pohled vědců na podobu mladého vesmíru, když ukázal galaxie vzniklé jen pár set milionů let po velkém třesku. „Nancy Grace Roman Space Telescope bude mít jedinečnou schopnost snímkovat opravdu velké oblasti oblohy, což umožní spatřit prostředí kolem galaxií mladého vesmíru,“ vysvětluje Nicole Drakos z University of California Santa Cruz, která vedla studii a dodává: „Naše studie demonstrovala, co nám může ultrahluboké pole od Nancy Grace Roman Space Telescope prozradit o vesmíru. Zároveň jsme chtěli nabídnout vědecké komunitě nástroj k získání nejvyšší vědecké hodnoty z takového pozorování.

Snímek Hubblova ultrahlubokého pole, který byl poprvé představen v roce 2004 (a další pozorování proběhla v následujících letech), odhalil tisíce galaxií, které se nachází ve vzdálenosti několika set milionů let od Velkého třesku. Nancy Grace Roman Space Telescope by mohl provést podobné pozorování v mnohem větším měřítku a odhalit miliony galaxií místo tisíců. Jeho ultrahluboké pole by nabídlo detailní pohled na prostředí obklopující galaxie v různých stádiích vývoje, což by poskytlo nápovědy o jejich vývoji.

Snímek Hubblova ultrahlubokého pole, který byl poprvé představen v roce 2004 (a další pozorování proběhla v následujících letech), odhalil tisíce galaxií, které se nachází ve vzdálenosti několika set milionů let od Velkého třesku. Nancy Grace Roman Space Telescope by mohl provést podobné pozorování v mnohem větším měřítku a odhalit miliony galaxií místo tisíců. Jeho ultrahluboké pole by nabídlo detailní pohled na prostředí obklopující galaxie v různých stádiích vývoje, což by poskytlo nápovědy o jejich vývoji.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Když Hubbleův teleskop pořídil legendární ultrahluboké pole, umožnil astronomům odhrnout kousek pomyslného závěsu, aby mohli spatřit droboučký a zdánlivě prázdný kousek oblohy, který byl ve skutečnosti naplněn tisícovkami galaxií, z nichž každá obsahovala miliardy hvězd. Tým expertů kolem Hubbleova teleskopu tehdy využil dlouhého expozičního času. Hubbleův teleskop potřeboval stovky hodin v průběhu několika let, aby nasbíral výrazně více světelných paprsků, než kolik mohl zachytit při jednorázovém pozorování. Výsledkem byl snímek, kterým jsme pohlédli do historie vzdálené více než 13 miliard let.

Hubbleovo ultrahluboké pole představuje neskutečně cenný pohled na mladý vesmír, ovšem jeho zorné pole bylo extrémně úzké – pokrývalo méně než jedu milióntinu celé oblohy! Nová simulace ukazuje mimořádnou schopnost Nancy Grace Roman Space Telescope provádět srovnatelná pozorování na mnohem větší ploše. Bylo by tak možné odhalit miliony galaxií namísto tisíců. Zatímco Nancy Grace Roman Space Telescope poskytne ve svém ultrahlubokém poli snímky stejně ostré a podrobné jako Hubbleův teleskop a nahlédne stejně daleko do minulosti, může pokrýt oblast 300× větší, takže nabídne mnohem širší pohled na celý kosmický ekosystém.

Tento počítačem vytvořený simulovaný snímek představuje, jak by mohlo vypadat ultrahluboké pole Nancy Grace Roman Space Telescope. Osmnáct čtverců v horní části obrázku vymezuje oblast, kterou teleskop uvidí při jediném pozorování. Čtverec vložený v pravém dolním rohu zvětšuje jeden z těchto čtverců a v levém dolním rohu najdeme jeho zvětšený výřez. Snímek, který obsahuje více než 10 milionů galaxií, byl vytvořen na základě simulace, která pracovala s realistickým rozložením galaxií ve vesmíru. Nancy Grace Roman Space Telescope bude moci nahlédnout do více než 13 miliard let kosmické historie, která sahá až do doby, kdy byl vesmír starý jen asi půl miliardy let. Takto vzdálené galaxie jsou však mimořádně slabé, takže by se teleskop musel dívat na jedno místo několik dní, aby nasbíral dostatek světla. Široké zorné pole poskytne neuvěřitelné množství dat a pomůže astronomům najít vzácné objekty z éry reionizace. Velká oblast, kterou bude Nancy Grace Roman Space Telescope pozorovat, také ukáže rozdíly ve vlastnostech galaxií v závislosti na jejich okolním prostředí, což astronomům umožní lépe pochopit, jak se formovaly první galaxie.

Tento počítačem vytvořený simulovaný snímek představuje, jak by mohlo vypadat ultrahluboké pole Nancy Grace Roman Space Telescope. Osmnáct čtverců v horní části obrázku vymezuje oblast, kterou teleskop uvidí při jediném pozorování. Čtverec vložený v pravém dolním rohu zvětšuje jeden z těchto čtverců a v levém dolním rohu najdeme jeho zvětšený výřez. Snímek, který obsahuje více než 10 milionů galaxií, byl vytvořen na základě simulace, která pracovala s realistickým rozložením galaxií ve vesmíru. Nancy Grace Roman Space Telescope bude moci nahlédnout do více než 13 miliard let kosmické historie, která sahá až do doby, kdy byl vesmír starý jen asi půl miliardy let. Takto vzdálené galaxie jsou však mimořádně slabé, takže by se teleskop musel dívat na jedno místo několik dní, aby nasbíral dostatek světla. Široké zorné pole poskytne neuvěřitelné množství dat a pomůže astronomům najít vzácné objekty z éry reionizace. Velká oblast, kterou bude Nancy Grace Roman Space Telescope pozorovat, také ukáže rozdíly ve vlastnostech galaxií v závislosti na jejich okolním prostředí, což astronomům umožní lépe pochopit, jak se formovaly první galaxie.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Hubbleovo ultrahluboké pole nám nabídlo náznak mladého vesmíru, ale ten byl příliš malý na to, aby nám prozradil, jak v té době vypadal celý vesmír,“ říká Brant Robertson, profesor astronomie z University of California Santa Cruz a spoluautor studie, který dodává: „Je to jako když se díváte na jeden dílek puzzle, které tvoří 10 000 dílků. Nancy Grace Roman Space Telescope nám nabídne hned sto dohromady spojených dílků, takže získáme mnohem lepší představu o tom, jak vypadal mladý vesmír, což nám otevře nové vědecké možnosti.“ K vytvoření výše vloženého simulovaného ultrahlubokého pole od Nancy Grace Roman Space Telescope, se Drakos a její spolupracovníci rozhodli vytvořit umělý katalog galaxií s podrobnými informacemi o každé z nich. Díky tomu si tým vytvořil svůj vlastní vesmír založený na jimi vymyšlených galaxiích, simulacích temné hmoty a modelech založených na pozorováních. Vytvořený katalog je veřejně přístupný, aby se i ostatní vědci mohli co nejlépe připravit na pozorování z Nancy Grace Roman Space Telescope. Tým také vytvořil interaktivní webovou stránku, na které mohou zájemci zoomovat a pohybovat se po uměle vytvořeném snímku v plném rozlišení. Výsledky týmu byly publikovány i v časopise The Astrophysical Journal.

Astronomové si obvykle musí vybrat mezi pořízením relativně málo podrobného (mělkého) snímku, který však zachycuje velkou oblast oblohy, nebo pořízením vysoce podrobného (hlubokého) snímku s úzkým zorným polem, jelikož pozorovací čas teleskopu je cenná komodita. Ovšem díky zornému poli, jaké bude mít Nancy Grace Roman Space Telescope v infračerveném spektru, bude možné nahlédnout současně hluboko i široko, což otevře nové možnosti kosmického výzkumu.

Drakos a další spoluautoři studie ukázali, že by ultrahluboký pozorovací program na Nancy Grace Roman Space Telescope mohl odhalit více než milion galaxií rozptýlených v kosmické historii – od velmi mladých a malých galaxií, ve kterých se teprve začínají rodit hvězdy, až po moderní éru s mnoha masivními a často neaktivními galaxiemi. Vědci by tak mohli být schopni porozumět přerodu galaxií z fáze vzniku mnoha nových hvězd do fáze mnohem klidnější, ve které je již vznik hvězd dokončen.

Greg Mosby drží v pravé ruce (na obrázku vlevo) detektor pro Teleskop Nancy Grace Roman, ve druhé ruce má pro srovnání velikosti celou kameru mobilního telefonu. Nejlepší kamery na dnešních mobilních telefonech dosahují rozlišení kolem 12 megapixelů. Každý detektor pro Teleskop Nancy Grace Roman má 16 megapixelů. Jelikož bude přístroj WFI (Wide-Field Instrument) vybaven 18 takovými detektory, bude pořizovat panoramata s rozlišením skoro 300 megapixelů. Teleskop přitom poskytne stejnou úroveň detailů jako Hubbleův teleskop.

Greg Mosby drží v pravé ruce (na obrázku vlevo) detektor pro Teleskop Nancy Grace Roman, ve druhé ruce má pro srovnání velikosti celou kameru mobilního telefonu. Nejlepší kamery na dnešních mobilních telefonech dosahují rozlišení kolem 12 megapixelů. Každý detektor pro Teleskop Nancy Grace Roman má 16 megapixelů. Jelikož bude přístroj WFI (Wide-Field Instrument) vybaven 18 takovými detektory, bude pořizovat panoramata s rozlišením skoro 300 megapixelů. Teleskop přitom poskytne stejnou úroveň detailů jako Hubbleův teleskop.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Možné příčiny této přeměny jsou aktuálně známy jen málo, ovšem Nancy Grace Roman Space Telescope se svým širokým zorným polem může přinést poznatky o podmínkách v galaxiích – třeba jejich pozici vůči ostatním galaxiím či svazkům galaxií, což může ovlivňovat proces vzniku hvězd. Galaxie, ve kterých již proces vzniku hvězd skončil (označované také jako neaktivní galaxie), se astronomům objevují stále hůř, čím dál se nachází. „Nejsme si jistí, jestli jsme velmi vzdálené neaktivní galaxie nezaznamenali proto, že neexistují, nebo prostě jen proto, že je tak obtížné je najít,“ zamýšlí se Drakos. Podle simulací jejího týmu se zdá, že schopnost Nancy Grace Roman Space Telescope skenovat rozlehlé oblasti vzdáleného vesmíru a přitom odhalovat vzácné a slabé objekty, by mohla astronomům přinést objev až 100 000 neaktivních galaxií. Pravděpodobně mezi nimi budou nejvzdálenější doposud pozorované objekty tohoto druhu. Nancy Grace Roman Space Telescope ale může vědcům při ultrahlubokém pozorování pomoci také určit, zda přechod galaxií z fáze vzniku hvězd do neaktivní fáze probíhal v jiných kosmických érách odlišně.

Uměle vytvořený snímek ukazuje, jak by mohl vypadat snímek ultrahlubokého pole Nancy Grace Roman Space Telescope.

Uměle vytvořený snímek ukazuje, jak by mohl vypadat snímek ultrahlubokého pole Nancy Grace Roman Space Telescope.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Výsledek práce zmíněného týmu také ukazuje, že by Nancy Grace Roman Space Telescope mohl zlepšit naše znalosti o dávné kosmické události, které se říká reionizace. Krátce po Velkém třesku byl vesmír naplněn horkou polévkou plazmatu, nabitých částic, které vytvářely hustou ionizovanou směs. S tím, jak vesmír chladnul, byly částice schopné se k sobě nalepit, čímž vznikly atomy vodíku. Výsledkem byla neutrální vodíková mlha. Tím začala éra označovaná jako „temná doba“, protože tato mlha bránila záření s kratšími vlnovými délkami, které mohlo pocházet z mladých vznikajících hvězd, aby se dostalo moc daleko.

Pak se ovšem neutrální vodíkové atomy rozpadly a v rámci fáze reionizace se vrátily do stavu nabitých částic. Mlha se rozplynula a vesmír se z matně průsvitného prostředí proměnil v křišťálově čisté pole hvězd, které vidíme dnes. Objevy ze Spitzerova teleskopu naznačují, že první galaxie mohly uvolnit extrémní množství ionizujícího záření (ultrafialové, rentgenové i gama paprsky), které mohlo narušit vodíkovou mlhu. Nancy Grace Roman Space Telescope při ultrahlubokém pozorování může pomoci pokročit ve výzkumu fáze reionizace tím, že poskytne širší snímky obsahující více než 10 000 galaxií z této relativně krátké éry. Tato fáze totiž začala zhruba 600 milionů let po velkém třesku a skončila o 300 milionů let později. Vědci navíc uvidí i to, jak vypadalo okolí těchto galaxií. To by mohlo pomoci porozumět tomu, co způsobilo reionizaci, kdy přesně k ní došlo a zda probíhala v celém vesmíru jednotně, nebo spíše postupně a lokálně.

18 detektorů na inženýrském testovacím exempláři ohniskové roviny. Letový kus této ohniskové roviny s detektory bude umístěn do přístroje WFI (Wide-Field Instrument), který vytvoří ohromné snímky vesmíru s rozlišením skoro 300 megapixelů.

18 detektorů na inženýrském testovacím exempláři ohniskové roviny. Letový kus této ohniskové roviny s detektory bude umístěn do přístroje WFI (Wide-Field Instrument), který vytvoří ohromné snímky vesmíru s rozlišením skoro 300 megapixelů.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Nancy Grace Roman Space Telescope bude mít také schopnost odhalit, jak se galaxie a kupy galaxií (které představují jedny z největších kosmických struktur) vyvíjely v průběhu času. Vědci se domnívají, že galaxie vznikly v rozsáhlých kulovitých shlucích temné hmoty označovaných jako halos. Pozorování naznačují, že luminosita každé galaxie (tedy její absolutní jasnost) souvisí s hmotností temné hmoty v obsaženém halo. Vytvořením ultrahlubokého snímku by Nancy Grace Roman Space Telescope mohl astronomům pomoci lépe porozumět této souvislosti. To by se dalo využít nejen pro výzkum vzniku galaxií, ale i ve standardním kosmologickém modelu (teoretickém modelu, jak se vesmír vyvíjí), který obsahuje i parametr shlukování temné hmoty.

Nancy Grace Roman Space Telescope si může posvítit na tolik kosmických záhad jen během pár stovek hodin pozorování,“ těší se Bruno Villasenor z University of California ve městě Santa Cruz a spoluautor studie, který dodává: „Je úžasné, že ještě před sto lety nikdo s jistotou nevěděl, zda existují jiné galaxie. Nyní nám Nancy Grace Roman Space Telescope nabízí možnost pozorovat tisíce prvních galaxií, které se objevily ve velmi raném vesmíru!

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://upload.wikimedia.org/…1920×1080.mov_.00_00_17_16.still003_crop.jpg
https://www.nasa.gov/…/public/thumbnails/image/2014udf.jpg?itok=RanTc5PW
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/udf_large.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/roman_sim_udf-3k.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/v3.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/roman_sim_udf-3k.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/romandet-1681946.jpg

Print Friendly, PDF & Email
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky
Prosím čekejte...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

10 komentářů ke článku “Jak uvidí vesmír Nancy Grace Roman Space Telescope?”

  1. MilanV napsal:

    Díky za překlad tohoto skvělého článku, plus odkaz na video krásně ukazující způsob fungování teleskopu. Mnoho jiných článků, i od NASA, je poměrně kusých na informace o využití dat (z družic, teleskopů apod.), tady je to pojaté tak podrobně a s vysvětlením, že by na základě toho šla udělat celá přednáška. Zároveň je to i inspirující, jak každé to probírané téma „nenápadně“ ukazuje i co by si měl člověk dohledat o tom dál – kdyby to uchopil někdo znalejší v oboru, tak by vlastně tento článek mohl stát na počátku jako inspirace celého přednáškového cyklu o současném poznání vývoje vesmíru a způsobů ověřování těchto hypotéz.

    No a z technického pohledu je to také ohromně zajímavé. To „nadupání senzory“ by také stálo za delší rozbor: např. kde na ně berou dostatek fotonů? Vždyť to je přeci běžně důvod, proč se nedávají větší senzory i do jiných astronomických dalekohledů: už by převážil šum nad fotony s informací. Napadá mě řešení, ale netroufám si odhadnout, jestli jsem se trefil 🙂

    Pár nápadů na vylepšení:

    Ohledně porovnání s Hubblem: k tomu by se hodilo přidat i screenshot z toho videa, tam je to úplně názorné.

    U posledního obrázku se pak mluví o „ohniskové rovině“, což je sice fakticky správně ohledně geometrie, ale v češtině, pokud vím, ten termín nepoužíváme ve významu jako v angličtině, tj. že by si pod ním běžný fotograf představil snímač/film.

    • milantos napsal:

      Pokud vidím v ruce na tom obrázku čip, tak má odhadem nějakých 6 x 6 cm.
      Při daných 16 Mpix to představuje velikost pixelu 15um, což je pro podobné ohnisko dalekohledu naprosto v pořádku,. Nelze to přeci srovnávat s 16MPix čipy do telefonu s pixely o velikosti pod 1,5um a tvrdit, že takto nadupanému senzoru budou chybět fotony. Na 1 pixel u  toho dalekohledu dopadne 100x více fotonů už z titulu velikosti pixelů a v poměru (průměr zrcadla/průměr čočky v mobilu)^2 z titulu průměru optiky.

      • MilanV napsal:

        Já poukazoval na to, že těch snímacích čipů je celkem 18 a kvůli tomu musí být svazek přicházejícího světla roztažený na veliký průměr. Něco jako u starých fotoaparátů na skleněné desky 🙂 Pak právě i na ta velká políčka (v porovnání s mobilními čipy apod.) musí zákonitě dopadat menší množství fotonů.

        • milantos napsal:

          Ale tak to přeci nefunguje. Při stejných parametrech objektivu můžete fotit na políčko velikosti 4×4 mm , nebo 4 x 4 cm. Nic se neroztahuje, naopak, využíváte větší plochu v ohnisku dalekohledu. Na každý mm^2, jak v tom malém čipu, tak i v tom velkém , dopadne vždy ( z rovnoměrně osvětleného obrazu) stejný počet fotonů. Ony totiž sice procházejí všechny objektivem, ale každý ten foton má někde odpovídající zdroj a musí dopadnout na odpovídající místo

          • MilanV napsal:

            Už odbíháme od tématu článku, ale je škoda, že si nerozumíme. Snažím se přijít na to, jak to myslíte. Je pravda, že každý foton, který přichází na vstup fotoaparátu nebo teleskopu, musí někam na do zobrazovací roviny dopadnout a pokud zanedbáme okraje, kam čip či film nedosáhne, dopadne na záznam. Ale to se bavíme o počtu celkovém, ne na jednotku plochy. Když těch fotonů na vstupu bude pořád stejně, tak jich bude stále stejně i celkově na tom čipu nebo filmu – akorát že na menší či větší ploše. Takže rozhodně nemůže být pořád stejný počet fotonů na jeden mm^2, jak píšete.

            Kdybych to vzal do důsledků, tak tvrdíte, že nelze zapálit stoh spojnou čočkou, protože i v jejím ohnisku bude pořád stejný počet fotonů na každý mm^2 jako např. v každém mm^2 na ploše o metr za ohniskem dál. Bude tam stejný počet fotonů CELKEM, to ano, ale právěže na mnohem menší ploše.

          • milantos napsal:

            Promiňte, ale už od příspěvku z 14:55 je jasné, že o tom, jak to funguje v optice, máte ne úplně dobré informace. Když si vezmete tedy starý deskový foťák, dostanete nějak jasný obraz. A když si místo staré velké desky dáte do jeho ohniska kinofilmové políčko , co se stane ?
            1/ obraz bude naprosto stejně jasný
            2/ z původního obrazu tam budete mít jen jeho menší výřez. Fotony,které nedopadnou na ten kinofilm, přijdou vniveč. A zrovna tak je to zde- u dalekohledu. Větším snímačem se nic nezeslabí, nezředi.
            P.S. : v optice se ohniskem nerozumí ten bod na ose, (jak se kreslí v učebnicích), ohniskem je plocha, do které se zobrazí obraz předlohy. A jaká část té plochy se vezme /využije pro snímač, je v případě, že na ni je optika schopná bezvadně zobrazit obraz , už jen na požadavcích uživatele.

  2. MilanV napsal:

    milantos:děkuji za vysvětlení, už je jasné, jak jste k tomu omylu došel: berete jako by pokaždé objektiv nebo teleskop zobrazoval stejně širokým úhlem a bylo jen na snímači, kolik si z něj vezme. Přesně podle vašeho příkladu s kinofilmem místo desky ve starém foťáku bez úpravy. Tak to ale samozřejmě nefunguje, žádný výrobce není tak „rozhazovačný“ – objektiv se pokaždé upraví, aby v obrazové části měl svazek úzký jen podle zamýšlené velikosti snímače.

    • milantos napsal:

      Ne takle,jak si vysvětlujete optiku dle vašich předešlých příspěvků, to opravdu není.
      Máme objektiv daného průměru a daného ohniska . A je naprosto jedno, jak malý či velký bude snímač. ( samozřejmě se předpokládá, že ten objektiv je schopen velký snímač zásobit kvalitním obrazem ). Ale pokud dám do jeho ohniska snímač s 10um velkými pixely, na jasnosti obrazu je úplně jedno, jak je velký čip. Žádné „zředění“ či zeslabení. Obraz bude vždy stejně jasný a bude mít stejné fyzické rozlišení. Bude se lišit jen velikostí úhlu záběru a tím , co tady kdysi foto firmy vymyslely za nesmyslné reklamní pojmenování = rozlišení v MPix . To nemá s fyzickým rozlišením nic společného. Rozlišení je dáno velikostí pixelu vůči ohniskové vzdálenosti objektivu.

    • Petr Scheirich napsal:

      MilanV: pro vaši představu, jak „rozhazovační“ byli výrobci Hubbleova vesmírného dalekohledu a Vesmírného dalekohledu Jamese Webba:

      Ohnisková rovina HST:
      https://www.stsci.edu/itt/review/cp_primer_cy14/CP_PRIMER/images/Ch_2_Systemoverviewa3.gif
      Vědecké přístroje jsou ty čtverečky/obdélníčky uvnitř. FGS1 až FGS3 jsou naváděcí senzory. Zbytek je nevyužitý.

      Ohnisková rovina JWST:
      https://www.cosmos.esa.int/web/jwst-nirspec/home-old
      To, co by dokázal vykreslit objektiv JWST, nebýt komplikované optické cesty, je ten pomyslný oranžový kruh, který se ani do obrázku nevejde. Čtverečky a obdélníčky ukazují rozmístění jednotlivých přístrojů.

Zanechte komentář

Chcete-li přidat komentář, musíte se přihlásit.