Національна академія наук (США — Ред.) докладно визначила напрямки розвитку астрономії та астрофізики на найближче десятиліття.

Унікальні космічні телескопи проходять довгий шлях від пропозиції, потім проєкту і, зрештою, запуску. Тому кожні десять років спільнота астрономів готує рекомендації щодо інструментів та засобів, які їм знадобляться для подальших досліджень. Результат цієї роботи, відомий як «Десятирічний огляд для астрономії та астрофізики» (Decadal Survey for Astronomy and Astrophysics), — це велика справа для астрономічної спільноти, бо він є планом розвитку астрономічних досліджень на поточне десятиліття й подальші роки.

У четвер, 4 листопада (2021 року — Ред.), Національна академія наук, інженерії та медицини (National Academies of Sciences, Engineering and Medicine) опублікувала довгоочікувану доповідь на 614 сторінках. Доповідь під назвою «Pathways to Discovery in Astronomy and Astrophysics for the 2020s» («Шляхи до відкриттів в астрономії та астрофізиці 2020-х років»), яку неформально називають Astro2020, ґрунтується на судженнях з понад 867 «білих» книг, результатів кількох сесій зі збору публічної інформації та рекомендацій 13 експертних груп.

Безсумнівно, найпопулярніша рекомендація доповіді стосується того, щоб NASA продовжило розробку 6-метрового космічного телескопа, який буде реєструвати інфрачервоне, видиме та ультрафіолетове випромінювання. Це означає, що серед концепцій передової місій, які змагалися за пріоритет, віддано перевагу видимому світлу, а не рентгенівським та інфрачервоними обсерваторіями. Але вони все ще в списку, просто їм доведеться довше чекати на розробку.

«Це уявлення про дорожню карту для майбутніх відкриттів», — сказав Ґрант Трембле (Grant Tremblay) з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики, учасник розробки пропозиції щодо місії Lynx. «Я дуже вдячний, що комітет показав досяжний і максимально амбітний шлях до нової групи Великих обсерваторій».

«Ми раді, що наша пропозиція стосовно космічної місії Lynx буде реалізована в рамках програми “Місія великих обсерваторії і підготовки технологій” (Great Observatories Mission and Technology Maturation Program)», — додав він. «Разом з нашими друзями та коллегами, які розробили концепції місій LUVOIR, HabEx та Origins, ми сподіваємося на успіх цієї програми. Це перший день абсолютно нової епохи відкриттів, і нові великі обсерваторії готові відповісти на найголовніші питання, які стоять перед нами».

Уявлення художника щодо чотирьох можливих майбутніх місій (за годинниковою стрілкою зверху зліва) Origins, LUVOIR, Lynx та HabEx. Фото з сайту https://skyandtelescope.org.

У цьому огляді вперше з’явився розділ, де йдеться не про телескопи та астрономічні об’єкти, а про людей. Він містить заклик інвестувати у підготовку різноманітної робочої сили, бо це буде гарантувати політику на боротьбу з переслідуваннями, дискримінацією та порушенням дисципліни. Зокрема, у доповіді расове розмаїття серед викладачів астрономії названо «жахливим». Відтоді, як на проблему було вперше вказано ​​в десятирічному огляді 1980 року, цифри майже не змінилися: наразі 1% викладачів становлять афроамериканці й 3% латиноамериканці. Щоб вирішити цю проблему, в доповіді рекомендовано збільшити фінансові стимули для покращення різноманітності на факультетах астрофізики та астрономії.

Науковці цілі на наступне десятиліття

Завдання науки в огляді викладено в трьох широких темах, спрямованих на досягнення важливих відкриттів в астрономії та астрофізиці:

• Worlds and Suns in Context (Планети та зорі в контексті). Дослідження з цієї теми ґрунтуватимуться на нашому розумінні науки про екзопланети й зводитимуться до вивчення планетних систем навколо інших зір та пошуку потенційних аналогів Землі. З цією метою у доповіді пріоритетними визначено роботи із отримання зображень та спектрів від потенційно придатних для життя екзопланет.

• New Messengers і New Physics (Нові вісники і нова фізика). В цій темі науковці будуть виконувати одночасні спостереження як електромагнітного випромінювання, так і гравітаційних хвиль та використовувати результати фізики елементарних частинок (це так звана багатоканальна астрономія — Ред.), щоб досліджувати природу інфляції, темної енергії та темної матерії. Об’єднавши дані спостережень, отримані різними такими каналами, астрономи отримають змогу інакше побачити екзотичні космічні об’єкти, зокрема чорні діри, нейтронні зорі та події злиття цих небесних тіл.

• Cosmic Ecosystems (Космічні екосистеми). Це тема, в якій науковці будуть намагатися поєднати моделі утворення зір та еволюції галактик з конкретними процесами, щоб визначити минуле та остаточне майбутнє таких об’єктів нашого всесвіту. Основна мотивація полягає в тому, щоб зрозуміти процеси росту галактик, спостерігаючи, як газ стимулює формування зір і, таким чином, еволюцію галактик.

У доповіді наведено пропонований графік астрономічних проєктів до середини століття. Фото з сайту https://skyandtelescope.org.

І переможець...

На відміну від попередніх оглядів, Astro2020 виступає за розробку програми «Місія великих обсерваторії і підготовки технологій». Ця програма керуватиме розробкою основних технологій та місій, перш ніж буде розпочато розгляд конкретних концепцій місій. Варто лише пригадати складний шлях до втілення такої місії, як космічний телескоп Джеймса Вебба (його планують запустити в грудні 2021 р. після затримки у понад десять років), щоб зрозуміти, яким складним може бути цей процес.

Першим пунктом у списку бажань — і першим, який увійде в програму підготовки, — буде великий телескоп з 6-метровою (20-футовою) апертурою, здатний отримувати зображення в інфрачервоному, видимому та ультрафіолетовому світлі. Цей вибір стосується теми екзопланет і є компромісом між двома флагманськими пропозиціями: 4-метровий телескоп HabEx (Космічний телескоп імені Габбла наступного покоління — Ред.) та LUVOIR (Large UV/Optical/IR Surveyor; Великий оглядовий телескоп для ультрафіолетового, оптичного та інфрачервоного діапазонів електромагнітного спектра — Ред.), який пропонували у 8-метровій і 15-метровій конфігурації. Ця флагманська місія, яка має стартувати на початку 2040-х років, обійдеться в 11 мільярдів доларів протягом перших п’яти років роботи.

Наступними пунктами в списку бажань є рентгенівські та інфрачервоні обсерваторії, які будуть наступниками Chandra («Чандра») та Herschel («Гершель») відповідно. Ці обсерваторії відповідають концепціям місії Lynx («Рись», рентгенівська обсерваторія нового покоління — Ред.) і Origins (космічна обсерваторія нового покоління для реєстрації інфрачервоного випромінювання на середніх і довгих довжинах хвиль — Ред.). На ці місії рекомендовано витратити 3—5 мільярдів доларів.

Наземна астрономія

Що стосується наземних обсерваторій, в доповіді надано високого пріоритету як гігантському Магеллановому телескопу (Giant Magellan Telescope, GMT), так і Тридцятиметровому телескопу (Thirty-Meter Telescope, TMT). Їх рекомендовано об’єднати як проєкт Надзвичайно великого телескопа (Extremely Large Telescope, ELT). Цікаво, що хоча в доповіді обидва телескопи згадуються як важливі, в ньому також сказано, що успіх програми ELT залежить від введення в дію «принаймні одного» з цих телескопів. GMT буде міститися в Чилі, а TMT збудують або на Мауна-Кеа (Гаваї), або на Ла-Пальма (Іспанія).

Національний науковий фонд і Міністерство охорони здоров’я також реалізовуватимуть проєкт, відомий як Cosmic Microwave Background Stage 4. Ця обсерваторія виконуватиме 7-річне дослідження неба з Південного полюса в діапазоні 30—270 ГГц у тандемі з дослідженнями всього неба, які астрономи виконують у пустелі Атакама в Чилі. Мета цих досліджень — вивчення космічного мікрохвильового фону, залишу випромінювання, що виникло через 380 000 років після Великого Вибуху.

У доповіді також вказано на потребу створення Дуже великої антени наступного покоління (next-generation Very Large Array, ngVLA) для радіоастрономії, хоча й зазначається, що на сьогодні проєкт ще «сирий». Масив із 263 тарілок, які буде встановлено по всій Північній Америці, не запрацює приблизно до 2030 року.

Два підрозділи LIGO: LIGO Лівінґстон у Луїзіані та LIGO Ганфорд у штаті Вашингтон. Фото з сайту https://skyandtelescope.org.

Огляд рекомендує продовжувати інвестиції в Лазерну інтерферометричну гравітаційно-хвильову обсерваторію (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO), водночас готуючись до створення установки нового покоління. У доповіді вказано на подальше вивчення нейтрино високих енергій як складової теми New Messengers і New Physics. З цією метою нейтринна обсерваторія IceCube-Generation 2 замінила б нинішню Ice Cube в Антарктиці. Вона буде в змозі розрізняти дискретні джерела та виявляти нейтрино при більш високих енергіях.

Найвищий пріоритет NASA — це здатність агентства реєструвати в космосі швидкоплинні події всіх видів у реальному часі, що вимагає одночасного виявлення явищ на різних довжинах хвиль, а також за допомогою нейтрино та гравітаційних хвиль. З цією метою в доповіді рекомендовано агентству споряджати одну космічну місію (зонд) на десятиліття з обмеженням витрат у 1,5 мільярда доларів, щоб заповнити розрив між малими місіями «дослідників» («explorer») і великими флагманськими.

У доповіді також вказується на потребу збільшити фінансування Національного наукового фонду, щоб забезпечити основу для майбутніх астрономічних досліджень, включаючи все: від підтримки вчених, які починають кар’єру, до зберігання отриманих астрономічних даних. З цією метою в доповіді рекомендовано NSF профінансувати додаткові 16,5 мільйона доларів США (збільшення на 30%) у вигляді грантів для окремих дослідників до 2028 року.

Звісно, є пропозиції та міркування щодо деяких скорочень витрат, які будуть схвалені, зважаючи на цей огляд: одним з яскравих прикладів є інфрачервона обсерваторія SOFIA (Стратосферна обсерваторія інфрачервоної астрономії з 2,5-метровим телескопом, встановленим на борту літака Боїнг-747 — Ред.), яка, як стверджує NASA, припинить роботу до 2023 року. В доповіді підтримано це рішення.

Нарешті, десятирічний огляд відзначає, що зростання супутникових мегасузір’їв, зокрема Starlink від SpaceX, не тільки експоненціально збільшить кількість об’єктів на низькій орбіті Землі, але також серйозно вплине та погіршить можливості дослідження всього неба, якщо не будуть запроваджені відповідні правила.

Дзеркало для телескопа обсерваторії Віри К. Рубін (раніше відомого як LSST) у Mirror Lab Аризонського університету в Тусоні. Фото з сайту https://skyandtelescope.org.

Сьома в серії десятирічних оглядів, які спрямовували розвиток Великих обсерваторій (Great Observatories) NASA, ця доповідь фіксує особливий погляд та бачення майбутнього поля, не тільки його захопливий потенціал для відкриттів, але й тло суспільних та культурних змін, на якому відбувається дослідження космосу.

За інф. з сайту https://skyandtelescope.org