Космический телескоп GALEX – новое окно во Вселенную

Космический телескоп «Галекс» - Galaxy Evolution Explorer (GALEX) был запущен 28 апреля 2003 года. Эта миссия направлена на изучение формы, яркости, размера и расстояния до галактик за 10 миллиардов лет космической истории. 50-сантиметровое главное зеркало телескопа создано для сканирования неба в поисках источников ультрафиолетового излучения. Имеются телескопы, изучающие небо в видимом, рентгеновском и гамма диапазоне, и вот теперь у ученых есть космический телескоп, который позволяет получить ультрафиолетовую картинку неба. Это очень важный момент, поскольку небо очень плохо изучено в ультрафиолете и работа с этим телескопом уже приносит сенсационные известия об эволюции Вселенной. Диапазон ультрафиолетового излучения находится на электромагнитном спектре излучений на частотах между видимым светом и диапазоном рентгеновских и гамма-лучей. Ультрафиолетовая часть электромагнитного диапазона трудно наблюдаема сквозь атмосферу Земли, а Galaxy Evolution Explorer, находясь за пределами атмосферы, может наблюдать ультрафиолетовое излучение далеких объектов Вселенной без помех.

Проект «Галекс» разработан Калифорнийским Институтом Технологии в Пасадене, USA, который является также ответственным за эксперименты и анализ данных. Лаборатория Реактивного Движения NASA обеспечила телескоп научным оборудованием. В проекте участвовали Южная Корея и Франция - международные партнеры в миссии. Миссия «Галекс» имеет две основные цели: изучение образования и жизни звезд во Вселенной и изучение галактик в ультрафиолетовом диапазоне. Эволюция звезд: «Галекс» исследует, как звездообразование в галактиках происходило в ранней Вселенной и как оно происходит сейчас. Ученые надеются, что узнают ответы на вопросы об эволюции звезд и галактик во Вселенной. Изучение галактик в ультрафиолетовом диапазоне: «Галекс» проведет первые большие исследования галактик в этом диапазоне. Это изучение поможет узнать, насколько сегодняшние галактики отличаются от галактик в ранней Вселенной. Для того, чтобы достичь каждой из этих целей «Галекс» воспользуется тремя основными физическими факторами Вселенной: скорость света, распределение галактик, и расширение Вселенной. Скорость света не бесконечна, поэтому мы видим отдаленные галактики такими, какими они были миллионы лет тому назад, когда они послали в пространство первый свет. И этот свет только теперь достиг нас. Астрономы сравнивают отдаленные и близкие галактики и изучают различие между ними. Распределение галактик во Вселенной равномерно во всех направлениях. Это принимает «Галекс», чтобы выполнить сравнение современных галактик с галактиками в ранней Вселенной. Наблюдая галактики в ультрафиолете «Галекс» позволяет сделать их сравнение с другими. Это делается с помощью инструментов, чувствительных к видимому и инфракрасному излучению.

Телескоп «Галекс» похож на космический телескоп «Хаббл» (HST), но только собирающая способность (светосила) «Галекса» в 20 раз меньше, чем у HST. Пока HST рассматривает небо в узкой области (с малым полем зрения), телескоп «Галекс» может рассмотреть сотни галактик при каждом наблюдении. Он имеет большое поле зрения, а не высокое разрешение, для того, чтобы эффективно выполнять исследования (см. изображение слева). За один раз «Галекс» охватывает область неба диаметром 1,2 градуса. Это - два угловых диаметра полной Луны (см. изображение справа).

Телескоп снабжен двумя зеркалами: первичное (M1) и вторичное зеркало (M2). M1 - 50 сантиметров в диаметре и M2 - 22 сантиметра в диаметре. Эти зеркала изготовлены из улучшенного металлического сплава. Свет от объекта на небе входит в телескоп и отражается от первичного зеркала к вторичному зеркалу. Вторичное зеркало затем отражает свет обратно сквозь отверстие в центре первичного зеркала, чтобы попасть в фокус, где находится фокусирующий прибор BFA (см. изображение).

Такая система телескопа называется "Ричи-Кретьен" по имени инженеров, которые впервые разработали и использовали зеркала с параболическими поверхностями. Крышка телескопа, подобно крышке в Вашей фотокамере, защищает телескоп во время испытаний и запуска. Когда телескоп благополучно достиг нужной орбиты вокруг Земли, ему была подана команда, чтобы открыть крышку, и «Галекс» начал собирать ультрафиолетовый свет неба. Телескоп и детекторы могут хорошо работать только при стабильной температуре. Для этого используются терморезисторы и элементы нагрева, установленные в телескопе и инструментах. Терморезисторы использованы в качестве термометров. Они измеряют температуру частей телескопа и передают информацию на компьютер. Компьютером даются команды на включение элементов нагрева, если это необходимо. Элементы нагрева поддерживают оптику телескопа в заданном диапазоне температур между 0 и 27 градусами Цельсиями. Во время запуска и на орбите телескоп может собрать немного загрязняющих веществ, которые снизят эффективность оптики. Нагреватели могут использоваться, чтобы нагреть зеркала и удалить загрязнения. Большое поле зрения телескопа позволит астрономам наблюдать все небо и изучать сотни тысяч галактик в течение 29-месячной миссии.

Итак, свет от небесных объектов, собранный телескопом, направляется к ультрафиолетовым чувствительным детекторам, используя комбинацию зеркал и фокусирующий прибор BFA. Затем принятое излучение обрабатывается в инструменте OWA (см. изображение). Здесь принятый свет проходит "лучевую обработку", которая разделяет ультрафиолетовое излучение на различные частоты. Затем к работе приступает компьютер, который и создает окончательные изображения неба и посылает их для дальнейшей обработки в земные лаборатории.

OWA - круглая пластина 43 сантиметра в диаметре (см. реальное фото инструмента OWA). У нее есть два круглых отверстия для приема излучения. Пластина вращается двумя двигателями, чтобы установить под принятый свет тот или иной прибор регистрации излучения. С помощью этих приборов может быть получено обычное изображение и изображение спектра изучаемого объекта. Двигатели OWA также управляются компьютером по сигналам с датчиков.

Двигатель может вращать пластину OWA на очень маленькие углы. Это позволяет получать спектры звезд, которые расположены близко друг к другу. OWA позволяет скомпенсировать смещение телескопа в пространстве при наведении на объект. «Галекс» снабжен двумя антеннами для связи с Землей, чтобы передавать полученную информацию в научные лаборатории.

Для чего изучается небо в ультрафиолетовом спектре? Чтобы понять эволюцию галактик, мы должны сначала понять эволюцию звезд. Звезды формируются миллионы лет из межзвездных частиц, образуют химические элементы, и затем излучают в пространство, пока не закончат свою жизнь. Разряженные облака водорода, гелия и пыли - сырье будущих звезд. По мере того, как облака межзвездных частиц притягивают другие частицы, они постепенно увеличивают свою массу. В конечном счете, облако газа начинает сокращаться. Когда температура достигнет 10 миллионов градусов, начнется ядерная реакция и звезда пошлет в космос первый свет. Этот период эволюции звезды, известный как "фаза сжатия," может быть 500 миллионов лет для звезды размером с наше Солнце. Большинство звезд, подобных нашему Солнцу находится в возрасте миллиардов лет. Источник их энергии – реакция превращения водорода в гелий в горячей и плотной сердцевине звезды. В конце жизни, звезды, подобные Солнцу, превращаются в красные гигантские звезды, а затем становятся белыми карликами. После это они испытывают недостаток топлива и медленно исчезают. Другие звезды большей массы становятся сверхновыми звездами, извергая звездное вещество в пространство. В течение их жизни, от рождения до смерти, большинство звезд группируются в форме галактик. Звезды и галактики начали формироваться вскоре после Большого Взрыва, но прошли миллиарды лет после этого катаклизма, прежде чем сформировались первые галактики. Проводя ультрафиолетовые (UV) наблюдения, «Галекс» обеспечивает ученых новой и значимой информацией о форме галактик и их эволюции. Точные замеры UV яркости галактик позволят ученым определять расстояния галактик и то, как звезды формируются в галактиках. С помощью ультрафиолетовых наблюдений можно определить точный возраст звезд и галактик, а значит и то, когда они образовались. С помощью других наблюдений это сделать гораздо труднее. «Галекс» позволит рассмотреть эволюцию галактик на протяжении 80 процентов истории Вселенной. Это – период, в котором образовалось большинство звезд и галактик.

Галактика - семейство миллионов звезд и облаков пыли и газа, которые связаны между собой гравитацией. Галактики бывают с десятью миллионами звезд (у карликовых галактик), а бывают огромными галактиками с тысячами миллиардов звезд. Они бывают спиральные, эллиптические и неправильные. Спиральные галактики имеют большую концентрацию звезд в центре – ядро. Это делает их похожими на гигантские вертушки. Спиральные галактики богаты газом и пылью для формирования новых звезд и обычно имеют голубой оттенок. Спиральные галактики, которые являются яркими в ультрафиолетовом свете, извещают ученым об активном звездообразовании в них. Наша Галактика Млечный Путь имеет средний размер и богата очагами звездообразования. Эллиптические галактики имеют форму от сферических до сигарообразных. Эти галактики содержат мало газа и пыли, поэтому не могут формировать новые звезды в большом количестве. Их красный цвет сообщает ученым, что они содержат по большей части старые звезды. Неправильные галактики не имеют выраженной структуры и обычно меньше, чем спиральные и эллиптические галактики. Галактики группируются вместе, формируя скопления галактик. Например, Млечный Путь – входит в Местное скопление галактик. За время своей работы «Галекс» пронаблюдает в ультрафиолете сотни тысяч галактик, как соседних, так и отдаленных. Эти наблюдения предоставят ученым новую информацию об образовании и эволюции галактик.

И вот последнее открытие «Галекса». До этого открытия астрономы были уверены, что большие галактики во Вселенной перестали возникать по истечении нескольких миллиардов лет после Большого Взрыва. Вся модель Вселенной строилась на такой основе. Но…. данные, полученные от космического телескопа «Галекс», сводят эту теорию эволюции Вселенной на нет! Осмотр тысяч соседних галактик чувствительными ультрафиолетовыми «глазами» телескопа позволил определить три десятка галактик, которые сильно светятся в ультрафиолете, и имеют большое сходство с юными галактиками, образованными всего несколько миллиардов лет тому назад. Это значит, что образование галактик продолжается и теперь! Это сенсационное открытие заставит заново пересмотреть все модели эволюции Вселенной! Молодые галактики светятся в ультрафиолете от того, что они заполнены горячими, новорожденными звездами. Выше на снимках Вы видите такие галактики, обнаруженные «Галексом». Более старые галактики имеют меньше областей звездообразования и таким образом излучают меньше в ультрафиолете. Обнаруженным космическим телескопом галактикам дают такие названия: GALEX_J232539.24+004507.1,GALEX_J231812.98-004126.1,GALEX_J015028.39+130858.5, GALEX_J021348.52+125951.3, GALEX_J143417.15+020742.5, GALEX_J020354.02-092452.5.