Спектрограф телескопа Джеймса Уэбба позволит наблюдать 100 галактик одновременно

12.04.2022

«Одно из правил создания космических кораблей — иметь как можно меньше движущихся частей», — говорит Энди Банкер, астрофизик из Оксфордского университета. — Именно поэтому мы построили нечто, имеющее четверть миллиона ставней».

Банкер говорит о NIRSpec —  спектрографе ближнего инфракрасного диапазона, одном из четырех инструментов космического телескопа Джеймса Уэбба, которые только готовятся «открыть глаза», чтобы изучать космос. Банкер — один из семи европейских ученых, разработавших конструкцию NIRSpec, и теперь с нетерпением ждет момента, когда прибор начнет передавать данные.

«Мне всегда было интересно раздвинуть границы возможного для самого далекого из известных объектов, — сказал Банкер Space.com. — Это выходит за рамки простого установления рекорда. Речь идет о понимании ранних стадий Вселенной, когда формировались первые звезды и галактики. И мы пытаемся узнать  это».

С его гигантским  зеркалом шириной 6,5 м Уэбб был построен для изучения самых старых и самых далеких галактик , возникших в молодой Вселенной из пыли и газа после Большого взрыва. Он сделает это, наблюдая инфракрасный свет, теплонесущую часть электромагнитного спектра с более длинными волнами, чем видимый свет. Ученые знают, что, хотя эти самые ранние звезды излучали видимый свет, из-за их огромного расстояния и расширения Вселенной этот свет сместился в инфракрасную часть спектра — эффект, известный как красное смещение.

NIRSpec с его четвертью миллиона микрозатворов, нарушающими правила, расширит возможности Webb, более чем в сто раз превзойдя возможности аналогичного инструмента, установленного на космическом телескопе Хаббла. Как спектрограф, NIRSpec не делает изображения. Он разделяет входящий свет на отдельные компоненты спектра. Этот спектр, как и отпечатки пальцев, отражает светопоглощающие свойства изображаемых объектов и, следовательно, их химический состав. Каждый химический элемент, присутствующий в наблюдаемом теле, определенным образом поглощает свет, что проявляется в виде отчетливой линии в захваченном спектре. Захватив спектр объекта, исследователи могут определить, какие химические соединения могут присутствовать.

«С научной точки зрения спектры чрезвычайно ценны, — сказал Банкер. — В них закодировано много информации. Мы можем наметить, как химические элементы накапливаются в галактиках, а также определить расстояние и свойства галактик, например, скорость, с которой они превращают свой газ в звезды».

Чтобы точно снять отпечатки пальцев с этих объектов, спектрографы должны блокировать весь остальной свет из своего поля зрения. Обычные спектрографы, подобные тем, что установлены на Хаббле, делают это с помощью щели — узкого отверстия в металлической пластине, через которое они нацеливаются только на изучаемый объект.

«Разрез позволяет вам стать максимально чувствительным, — сказал Банкер. — Но ограничение заключается в выполнении только одного объекта за раз. Это очень неэффективно, особенно если вы посмотрите на некоторые из глубоких полей, где у вас очень высокая плотность потенциально интересных объектов».

Добавьте к этому, что некоторые из объектов, которые будет изучать Уэбб, настолько далеки и слабы, что телескопу придется смотреть на них сотни часов, чтобы собрать достаточно света, и ограниченность такого подхода становится очевидной.

Вот тут-то и появляются микрозатворы NIRSPec. Каждый размером с человеческий волос, эти микрозатворы могут открываться по разным схемам, гибко создавая множество щелей, которые позволят астрономам наблюдать и измерять сотню (или более) галактик в одно и то же время, отметил Бункер.

Первый в своем роде спектрограф, запущенный в космос, NIRSpec использует ряд инновационных технологий. Сам массив микрозатворов, разработанный инженерами Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, состоит из четырех прямоугольных секций, каждая из которых имеет микрозатворы размером 365 на 171.

Магнит с электрическим управлением вращается сзади этих массивов. Избирательно подавая электрический ток на каждый микрозатвор, наземные команды управления определяют, какие жалюзи открыты, а какие остаются закрытыми. Однако инженеры не могут открывать микрозатворы, расположенные слишком близко друг к другу, поскольку спектры наблюдаемых объектов перекрываются. Именно это дает возможность изучать около сотни объектов одновременно.

«Эти микрожалюзи довольно хрупкие, поэтому мы ожидаем, что часть из них выйдет из строя, — сказал Банкер. — Это не имеет большого значения, потому что мы по-прежнему сможем использовать другие. Некоторые также могут застрять в открытом состоянии, что добавит дополнительный фоновый свет, но их будет очень мало».

 

Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) на космическом телескопе Джеймса Уэбба — самый мощный прибор такого рода, когда-либо летавший в космос.

Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) на космическом телескопе Джеймса Уэбба — самый мощный прибор такого рода, когда-либо летавший в космос.(Изображение предоставлено ESA/ATG medialab) 

С помощью NIRSpec астрономы смогут не только увидеть первые звезды и галактики, сформировавшиеся во Вселенной, но и узнать, из чего они были созданы и как после своей смерти дали начало другим химическим элементам, которые постепенно населяли Вселенную, сделав ее такой,  какой мы видим сегодня.

 

 

 

Источник

Нет комментариев