Science

Głębokie mapowanie nocnego nieba w poszukiwaniu gorących gwiazd

UVEX: Nowy kosmiczny teleskop UV NASA z odciskiem palca ISTA do podboju kosmosu

Astrofizyk Ylva Götberg, asystentka w ISTA. Götberg była zaangażowana w UVEX od najwcześniejszych etapów opracowywania naukowej wersji nowego teleskopu.

Kolejny teleskop kosmiczny NASA, który będzie badał niebo ultrafioletowe od 2030 r., ma odcisk palca astronoma z Instytutu Nauki i Technologii Austrii (ISTA). Adiunkt Ylva Götberg jest częścią dużej międzynarodowej współpracy, która będzie badać, jak ewoluują galaktyki i gwiazdy, i stworzy zbiór danych społecznościowych całego nieba. Götberg omawia naukę stojącą za nowym teleskopem i rozwijającą się dziedzinę astronomii w ISTA.

Jak każdego dnia, kampus Instytutu Nauki i Technologii Austrii (ISTA) tętni życiem. Naukowcy spotykają się i dyskutują między eksperymentami i symulacjami, a tykający zegar jest niczym przypomnienie, że kolejne odkrycie może czaić się tuż za rogiem. Ale to nie jest zwykły dzień. Niedługo wcześniej NASA ogłosiła, że ​​nowy teleskop kosmiczny o nazwie UVEX (UltraViolet EXplorer), duża międzynarodowa współpraca kierowana przez naukowców z Caltech, został wybrany do wystrzelenia w 2030 roku w celu zbadania światła ultrafioletowego (UV) na całym niebie. Adiunkt Ylva Götberg, jedna z pierwszych astronomów, która dołączyła do ISTA, była zaangażowana od najwcześniejszych etapów opracowywania uzasadnienia naukowego dla nowego teleskopu. Nie może ukryć swojego podekscytowania: „Nasz projekt był powiązany z innym projektem teleskopu kosmicznego przez rok, podczas gdy NASA oceniała, aby wybrać zwycięską propozycję. Jesteśmy zachwyceni, że wybrano UVEX”. UVEX, jako jedna z kolejnych misji NASA z cyklu „Astrophysics Medium-Class Explorer”, wypełni lukę wśród teleskopów UV.

Gorące gwiazdy, galaktyki i dawne misje w zakresie ultrafioletu

„Reżim długości fal ultrafioletowych to zakres widmowy dla astrofizyki gwiazd” — mówi Götberg, specjalista od gwiazd podwójnych. W okresie narodzin lub śmierci gwiazdy osiągają ekstremalne temperatury — około 20 razy wyższe niż Słońce — i osiągają nowe szczyty dzięki emisji promieniowania UV o wyższej energii. W związku z tym pomiary UV są kluczowe dla badania temperatury, składu i ewolucji gorących gwiazd. „Jednak od około 20 lat rozpaczliwie brakuje nam obszernych danych UV” — zauważa Götberg. „To tak, jakbyśmy byli ślepi na jedno oko, patrząc przez przestrzeń”. Powody tej częściowej „ślepoty” są złożone.

Na szczęście dla życia na Ziemi, nasza atmosfera filtruje większość światła ultrafioletowego, ale oznacza to również, że pomiary UV w astronomii muszą być wykonywane z kosmosu. Wśród najnowszych głównych teleskopów kosmicznych do pomiaru długości fal ultrafioletowych znajdują się Kosmiczny Teleskop Hubble'a, jeden z flagowych teleskopów NASA i ESA działający od 1990 r., oraz Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE). FUSE działał w latach 1999–2007 i uzupełniał teleskop Hubble'a. bliskie UV pomiary z jego dalekie UV możliwości. Innym ważnym obserwatorium UV był International Ultraviolet Explorer (IUE), który działał w latach 1978-1996. Jednak 34-letni obecnie Hubble miał coraz większe trudności techniczne ze wskazaniem swoich celów. Dlatego w czerwcu tego roku NASA ogłosiła zmianę trybu działania Hubble'a, aby zapewnić, że będzie on kontynuował badanie nieba do lat 30. XXI wieku. Z drugiej strony, główne nowe teleskopy, takie jak James Webb Space Telescope (JWST), Euclid ESA i Nancy Grace Roman Space Telescope NASA – zaplanowane do wystrzelenia w 2027 roku – skupiły się na podczerwień reżimu, a nie na UV. Tak więc NASA uznała, że ​​nadszedł czas na nową, rozległą misję UV, taką jak UVEX i postanowiła zaradzić tej częściowej „ślepocie”.

Społeczna mapa UV całego nieba

Od czasu wystrzelenia Hubble'a ponad 30 lat temu w dziedzinie optyki nastąpił ogromny postęp technologiczny. Ponadto ograniczony zasięg Hubble'a dalekie UV możliwości i długie czasy ekspozycji nie pozwalają na „zobaczenie” słabych źródeł UV. „UVEX będzie mierzyć zarówno w w pobliżu I dalekie UV reżimy i przepuszczają znacznie więcej światła niż Hubble. W ten sposób UVEX pozwoli nam obserwować znacznie słabsze obiekty w tym samym czasie ekspozycji”, mówi Götberg. W astrofizyce im słabsze są obiekty wykryte przez teleskop, tym „głębszy” jest zbiór danych. Rozpoczynając swoją misję od długich przeglądów całego nieba, UVEX zmapuje nocne niebo pod kątem najsłabszych obiektów emitujących promieniowanie UV. W ten sposób stworzy kompleksowy, jednorodny, „głęboki” zbiór danych UV. Po zakończeniu zbiór ten będzie służył jako zasób społeczności dostępny dla astronomów do przyszłych badań. „Głębokie mapowanie w reżimie UV jest szczególnie istotne w przypadku gorących gwiazd, ponieważ nie zawsze są one najjaśniejsze”, dodaje Götberg. Co najważniejsze dla pracy jej grupy w ISTA, UVEX będzie w stanie zmapować cały zakres mas gwiazd helowych, tj. gorących i zwartych gwiazd podwójnych pozbawionych otoczki wodorowej przez gwiazdę towarzyszącą.

Odkrywanie tajemnic eksplozji gwiazd

Oprócz mapowania nawet najsłabszych gorących gwiazd, UVEX umożliwi badanie wiatrów gwiazdowych, ewolucji masywnych gwiazd i eksplozji gwiazd. Jest to szczególnie interesujące, ponieważ gwiazdy w swoich jądrach są fabrykami pierwiastków. Podczas gdy wiatry gwiazdowe prowadzą do utraty masy i wpływają na ewolucję gwiazdy, ostateczny los jest przypieczętowany przez eksplozję i śmierć gwiazdy na dużą skalę. Gdy gwiazda eksploduje, traci dużo masy, jednocześnie „wzbogacając” środowisko o nowe pierwiastki. Te pierwiastki — takie jak tlen — są ostatecznie niezbędne do życia, jakie znamy. Na przykład astrofizycy generalnie zgadzają się, że nasze Słońce jest gwiazdą trzeciej generacji, zawierającą materiał pochodzący z wcześniejszych eksplozji gwiazdowych. Dzięki UVEX Götberg i inni astronomowie uzyskają nowe spojrzenie na utratę masy na dużą skalę, analizując właściwości eksplozji gwiazd w całym wszechświecie. „Jestem szczególnie podekscytowany tym teleskopem, gdyż pozwoli nam on opracować nowe techniki obserwacyjne i zaprojektować nowe strategie konfrontacji z przewidywaniami teoretycznymi” – mówi Götberg.

Badanie ewolucji masywnych gwiazd w ISTA

Götberg bada ewolucję gwiazd podwójnych w dwóch dobrze zbadanych galaktykach sąsiadujących z Drogą Mleczną. Astrofizycy myślą o gwiazdach podwójnych w dwóch fazach ich ewolucji: przed i po transferze masy. Podczas gdy właściwości gwiazd przed interakcją są łatwo przewidywalne dzięki obecnie dostępnym technologiom, UVEX pozwoli Götberg porównać dokładne obserwacje przed i po interakcji. „UVEX otwiera okno, które było zamknięte przez około 20 lat, okno na ewolucję masywnych gwiazd” — mówi. Godny następca IUE i FUSE podbije kosmos w 2030 roku i umieści ISTA i odcisk palca jej astronomów na orbicie na wiele lat. „To ekscytujące czasy dla młodej dziedziny astronomii w ISTA” — podsumowuje Götberg.

Wydruk wstępny:

Kulkarni SR i in., Nauka z ultrafioletowym eksploratorem (UVEX). arXiv:2111.15608v3 [astro-ph.GA] DOI: 10.48550/arXiv.2111.15608

Link do strony internetowej UVEX (California Institute of Technology, Caltech):

https://www.uvex.caltech.edu

Source

Related Articles

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Back to top button