Nakon Hubblea i Webba, svijet će dobiti još jedan “Veliki opservatorij“, Habitable Worlds Observatory (HWO). Njegova glavna zadaća bit će traženje bioloških tragova u atmosferama barem 25 egzoplaneta nalik Zemlji. No, za tako zahtjevan zadatak planirani instrument, koronograf, možda neće biti dovoljan, bez obzira na to koliko će biti napredan.
Zato znanstvenici predlažu da se HWO-u doda drugi, astrometrijski instrument sposoban mjeriti položaje s preciznošću do 0,5 mikro-lučne sekunde (µas). Takva osjetljivost omogućila bi otkrivanje planeta veličine Zemlje oko stotina obližnjih zvijezda, višestruko povećavajući broj mogućih kandidata za detaljnu analizu njihovih atmosfera. Prijedlog dolazi iz rada Fabiena Malbeta sa Sveučilišta Grenoble Alpes i međunarodnog tima suradnika.
Danas znamo da tek 12 % zvijezda sličnih Suncu unutar 65 svjetlosnih godina ima planete, i svi su dosad otkriveni plinoviti divovi. Niti jedan stjenoviti svijet još nije pronađen u našem kozmičkom susjedstvu, ali to vjerojatno nije zato što ih nema. Njihovi su slabi signali jednostavno izgubljeni u šumu podataka koje bilježe misije poput Gaie.
Gaia je trenutačno najprecizniji astrometrijski instrument kojim raspolažemo, no njezina osjetljivost od 20 do 30 mikro-lučnih sekundi (µas) još je daleko od razine potrebne za otkrivanje planeta veličine Zemlje – čak i onih koji orbitiraju najbliže zvijezde. Predloženi dodatni instrument na Habitable Worlds Observatoryju bio bi 400 do 600 puta precizniji, što bi teleskopu omogućilo da pronađe egzoplanete slične Zemlji, koje bi zatim koronograf mogao promatrati i analizirati u najvećim detaljima.
Da bi dosegao takvu preciznost, HWO bi trebao dvije ključne stvari: iznimno stabilan kalibrator i velik broj snimaka tijekom misije.
Kako preciznost otkriva nevidljive svjetove
Astrometrijski senzori nisu nova tehnologija, njima se egzoplaneti otkrivaju već desetljećima. Oni mjere neznatne pomake zvijezde dok ona lagano titra pod gravitacijskim utjecajem planeta koji kruži oko nje. Što je instrument osjetljiviji, to može zabilježiti manju amplitudu tog pomaka, što znači da može otkriti i planete manje mase. Metoda ima veliku prednost pred spektroskopskim i tranzitnim tehnikama jer omogućuje izračun cjelovite orbite planeta i točno određivanje njegove mase.
No astrometri su i osjetljivi, pogreške mogu nastati zbog najmanjih nesavršenosti detektora ili mikroskopskih pomaka zrcala. Tijekom vremena takve nepravilnosti mogu ozbiljno ograničiti točnost mjerenja.
Zbog toga Malbetov tim predlaže tehnologiju nazvanu Detector Calibration Unit (DCU), sustav koji stvara niz svijetlih i tamnih pruga na CMOS senzoru kako bi instrument mogao otkriti i ispraviti najmanje pogreške. DCU omogućuje znanstvenicima da precizno kalibriraju položaj svakog pojedinog piksela u vidnom polju i time osiguraju stabilnost usporedivih snimki.
Drugi ključni element su upravo te brojne snimke. Prema procjenama, HWO bi morao napraviti više od 100 mjerenja iste mete tijekom svojih 3–4 godine rada kako bi postigao potrebnu razinu preciznosti za potvrdu planeta. Velik broj ponavljanja smanjuje utjecaj slučajnih pogrešaka koje DCU ne može u potpunosti ukloniti, stotine slika međusobno “poništavaju” preostale šumove u podacima.
Tamna tvar i neočekivana primjena nove tehnologije
Zanimljivo je da bi tako osjetljiv instrument mogao otvoriti vrata i drugom području astrofizike – proučavanju tamne tvari. Prema modelu hladne tamne tvari (Cold Dark Matter, CDM), u središtima galaksija trebale bi postojati guste šiljaste nakupine koje stvaraju nagli porast gustoće prema centru. No opažanja pokazuju drukčiju sliku: umjesto “šiljaka”, središta galaksija izgledaju poput ravnijih, mekanih jezgri, u kojima se tamna tvar raspoređuje mnogo ujednačenije.
U modelu “šiljka” gustoća tamne tvari naglo raste prema središtu galaksije, jer gravitacija privlači sve više mase. U “jezgri” takav porast gustoće ne postoji, već je tamna tvar ravnomjernije raspoređena. Novi astrometar HWO-a mogao bi detektirati sitna gibanja svjetlosti izazvana gravitacijskim lećama tamne tvari i time testirati koji je model točniji. Takva opažanja mogla bi pomoći u razumijevanju zašto su središta galaksija “ravnija” nego što teorija predviđa, možda zbog eksplozija supernova ili zbog posebnih svojstava same tamne tvari.
Malbetov rad nije prva ideja takve vrste. On je bio i ključni član prijedloga misije Theia, koja je trebala koristiti istu tehnologiju, ali kao zaseban satelit. Kako se koncept razvija već godinama, njegovo uklapanje u HWO čini se logičnim, osobito jer bi izravno nadopunilo glavnu misiju teleskopa.
Habitable Worlds Observatory, uostalom, stvoren je s ciljem pronalaženja naseljivih svjetova. Svaki instrument koji mu može pomoći u tome, ili skratiti vrijeme potrebno da ih pronađe, vrijedan je ulaganja. Budući da je razvoj preciznog astrometra već odmakao, bilo bi šteta da ne pronađe primjenu.
Radovi na HWO-u ozbiljno će započeti tek tijekom 2030-ih, a lansiranje se očekuje u 2040-ima, što ostavlja dovoljno vremena da se u dizajn uključi i ovaj dodatni instrument. Pitanje je samo hoće li uprava projekta dopustiti da ambicije teleskopa rastu u skladu s njegovim potencijalom.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
