Обсерватория обитаемых миров (HWO) должна стать следующей крупнейшей обсерваторией в мире. Его основным направлением был поиск биосигналов в атмосферах по меньшей мере 25 экзопланет земного типа. Однако для этого потребуется приложить значительные усилия, используя только коронограф, который в настоящее время является основным планируемым прибором, каким бы мощным он ни был.
В новой статье Фабьена Мальбе из Университета Гренобль-Альпы и его соавторов предлагается усовершенствование — добавление второго прибора к полезной нагрузке HWO, который сможет астрометрически отслеживать планеты с точностью до 0,5 угловых секунд. Это позволило бы HWO обнаруживать планеты размером с Землю вокруг сотен близлежащих звезд, что значительно увеличило бы число потенциальных кандидатов для анализа атмосферы. Статья опубликована на сервере препринтов arXiv.
В настоящее время известно, что только у 12% солнцеподобных звезд в радиусе 65 световых лет есть планеты, и все они являются газовыми гигантами. Мы не нашли ни одной каменистой экзопланеты вблизи нашей Солнечной системы, но это не значит, что их не существует. Более вероятно, что сигнал с этих планет теряется в шуме таких миссий, как Gaia.
Несмотря на то, что Gaia - самый продвинутый из существующих в настоящее время систем поиска планет, ее высочайшая точность составляет порядка 20-30 мка. Это все еще на порядки больше, чем потребовалось бы для обнаружения планеты, похожей на Землю, даже вокруг ближайшей звезды.
HWO, с предлагаемым дополнительным астрометрическим прибором, будет на 400-600 раз точнее, чем Gaia, что позволит ему находить экзоземы, которые затем могут стать центром дальнейших исследований с помощью коронографа Gaia. Чтобы достичь такого уровня точности, потребуются две вещи: действительно продвинутый калибратор и много-много фотографий.
Астрометрические датчики не являются чем—то новым - мы находим экзопланеты, используя их на протяжении десятилетий. Они измеряют "колебание" звезды, когда она вращается вокруг своей орбиты под воздействием планеты. Чем точнее прибор, тем меньшее "колебание" он способен заметить, что соответствует меньшей массе планеты, например, Земли по сравнению с Юпитером. Он также обладает большими преимуществами перед другими методами поиска экзопланет, позволяя астрономам рассчитать полную орбиту экзопланеты, а также ее абсолютную массу.
Однако у астрометров есть слабое место — они подвержены ошибкам. Это может быть вызвано целым рядом причин, таких как несовершенство детектора или небольшое смещение зеркала, но в целом они могут привести к значительному снижению точности прибора.
Для борьбы с этим авторы предлагают технологию, известную как "Модуль калибровки детектора" (DCU). Этот инструмент создает серию светлых и темных полос на КМОП-сенсоре, из которого состоит астрометр, позволяя ему выявлять и исправлять небольшие ошибки, прежде чем они станут серьезными. Это позволяет исследователям откалибровать точное положение каждого пикселя в поле зрения КМОП-камеры, чтобы обеспечить стабильность нескольких изображений.
Эти многочисленные изображения являются вторым ключевым компонентом астрометрической системы. По оценкам доктора Малбета и его команды, в течение 3-4-летнего срока службы HWO потребуется провести более 100 индивидуальных измерений объекта, чтобы достичь уровня точности, необходимого для полной идентификации планеты. Это большое количество необходимо для того, чтобы любые случайные ошибки, которые не будут исправлены с помощью DCU, не повлияли на конечный результат слишком сильно. При объединении сотен изображений любые другие случайные ошибки, которые могут быть в остаточном виде, будут компенсированы друг другом.
Дополнительным преимуществом этой новой технологии стало бы применение в совершенно другой области астрофизики — она могла бы проверить одну из преобладающих теорий холодной темной материи (CDM). Теория CDM предсказывает, что в центрах галактик есть "сгустки" темной материи, но собранные данные показывают, что, хотя в этих центрах и есть темная материя, они больше похожи на "ядра".
В "острие" их плотность резко возрастет вблизи центра галактики из-за притяжения темной материи, притягивающей к себе все больше ее частей. С другой стороны, в "ядре" галактики не обязательно наблюдается резкий скачок плотности темной материи где-либо еще, поскольку темная материя распределена наполовину равномерно.
Новый астрометр HWO мог улавливать мелкие колебания, создаваемые "шипами" темной материи, когда они рассеивали проходящий мимо них свет. Это могло бы дать ценную информацию о том, что может быть причиной появления этих плоских дисков из темной материи — будь то взрывы сверхновых или какое-то уникальное свойство самой темной материи.
Однако в этой статье эта идея обсуждается не впервые — доктор Малбет также принимал участие в разработке проекта миссии Theia, который использует ту же фундаментальную идею, но должен был быть запущен как отдельная миссия. Команда Theia работала над концепцией в течение многих лет, поэтому ее привязка к HWO кажется логичной платформой для нее, тем более что это может улучшить основную миссию обсерватории.
В конце концов, HWO - это обсерватория обитаемых миров, и ее главная задача - находить пригодные для жизни миры. Мы приветствовали бы любой инструмент из ее инструментария, который мог бы помочь ей в этом или даже сократить время, затрачиваемое на это. Учитывая всю работу, которая уже была проделана для разработки прецизионного астрометра, кажется расточительством не использовать его в конечном итоге на какой-либо платформе.
Планируется, что разработка HWO всерьез начнется не раньше 2030-х годов и, скорее всего, не начнется до 2040-х годов, так что у нас еще достаточно времени для внедрения этого улучшения. Остается только посмотреть, позволит ли руководитель проекта развить свои амбиции в соответствии с потребностями.
