تلسکوپ فضایی «رومن» ناسا آماده پرتاب شد؛ آغاز عصر جدیدی در نقشه‌برداری از انرژی تاریک و سیارات فراخورشیدی

در داخل محفظه بار موشک فالکون هوی اسپیس‌ایکس در مرکز فضایی کندی، یک آینه ۲.۴ متری منتظر است تا نقشه جهان را بازنویسی کند. در ۲۱ آگوست، مدیران مأموریت از ناسا و اسپیس‌ایکس بررسی رسمی آمادگی پرواز را تکمیل کردند و رسماً مجوز پرتاب تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن را برای ۳۰ آگوست صادر کردند. این نقطه عطف، پایان یک کمپین مونتاژ و آزمایش دقیق برای این رصدخانه پرچمدار ۳.۲ میلیارد دلاری است که اخیراً با ۲۹۰ گالن سوخت هیدرازین برای تأمین نیروی پیشران‌هایش در فضای عمیق بارگیری شده است.[1][2][3]

پرتاب قریب‌الوقوع نشان‌دهنده یک پیروزی برنامه‌ریزی شده نادر برای این سازمان است: رومن حدود ۹ ماه زودتر از برنامه اصلی خود (می ۲۰۲۷) به فضا می‌رود. پس از برخاستن از مجموعه پرتاب ۳۹A، این رصدخانه ۴.۲ تنی سفری ۳۰ روزه را به سمت نقطه لاگرانژ ۲ خورشید-زمین (L۲) آغاز خواهد کرد. این منطقه از نظر گرانشی پایدار، که تقریباً یک میلیون مایل دورتر از زمین در جهت مریخ قرار دارد، به فضاپیما اجازه می‌دهد تا یک مدار بسیار کارآمد را حفظ کند و در عین حال ابزارهای حساس خود را از تابش حرارتی خورشید محافظت نماید.[1][3][4]

مکانیسمی که قابلیت‌های بی‌سابقه رومن را هدایت می‌کند، معماری نوری منحصر به فرد آن است. این رصدخانه حول یک آینه اصلی ۲.۴ متری ساخته شده است—دقیقاً همان اندازه نوری و قدرت جمع‌آوری نور تلسکوپ فضایی هابل. با این حال، رومن این آینه با اندازه میراثی را با یک ابزار میدان دید عریض (WFI) مدرن جفت می‌کند که یک میدان دید پانوراما ۱۰۰ برابر بزرگتر از هابل را ثبت می‌کند. این ترکیب از وضوح فضای عمیق و ثبت زاویه باز، چیزی است که رومن را از هر تلسکوپ فضایی دیگری که تاکنون وجود داشته، متمایز می‌کند.[3][5][6]

این طراحی نوری به رومن اجازه می‌دهد تا آسمان را با سرعتی که قبلاً غیرممکن بود، بررسی کند. در حالی که هابل مانند یک لنز تله‌فوتو عمل می‌کند که عمیقاً به سوراخ‌های کلیدی باریک فضا نگاه می‌کند، رومن مانند یک نورافکن عمل می‌نماید. یک تصویر واحد که توسط این رصدخانه جدید گرفته می‌شود، تکه‌ای از آسمان بزرگتر از یک ماه کامل را ثبت می‌کند، در حالی که همان وضوح تیز فروسرخ سلف خود را حفظ می‌کند. این بدان معناست که رومن می‌تواند میلیاردها ستاره و کهکشان را در کسری از زمانی که رصدخانه‌های قدیمی‌تر برای پوشش همان منطقه نیاز دارند، نقشه‌برداری کند.[4][5][6]

ادعای علمی اصلی که مأموریت را پیش می‌برد، توانایی آن در نقشه‌برداری از انرژی تاریک و ماده تاریک در مقیاس کیهانی است. رومن با اندازه‌گیری توزیع صدها میلیون کهکشان و مشاهده نحوه خم شدن نور آنها توسط همگرایی گرانشی، این موضوع را آزمایش خواهد کرد که آیا نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین در میلیاردها سال نوری صادق است یا خیر. این داده‌ها به فیزیکدانان اجازه می‌دهد تا داربست نامرئی ماده تاریک را ببینند که نحوه خوشه‌بندی کهکشان‌ها در سراسر جهان را دیکته می‌کند.[3][6]

شواهد مربوط به انرژی تاریک—نیروی مرموزی که انبساط جهان را تسریع می‌کند—در حال حاضر متکی بر بررسی‌های میدان عمیق نسبتاً محدود و اندازه‌گیری‌های پس‌زمینه مایکروویو کیهانی است. رومن یک نقشه در سطح کلان ارائه خواهد داد و ستاره‌های منفجر شونده خاصی را که به عنوان ابرنواخترهای نوع Ia شناخته می‌شوند، در فواصل کیهانی وسیع ردیابی می‌کند. از آنجایی که این ابرنواخترها با اوج روشنایی ثابتی می‌سوزند، ستاره‌شناسان از آنها به عنوان شمع‌های استاندارد برای ترسیم دقیق نحوه تغییر نرخ انبساط جهان در طول زمان استفاده می‌کنند و به طور بالقوه نشان می‌دهند که آیا انرژی تاریک یک نیروی ثابت است یا چیزی که تکامل می‌یابد.[6]

فراتر از کیهان‌شناسی، رومن یک سرشماری گسترده از سیارات فراخورشیدی را انجام خواهد داد. پیش‌بینی می‌شود که این تلسکوپ تا ۲۰۰,۰۰۰ سیاره بالقوه فراتر از منظومه شمسی ما را در طول مأموریت اصلی پنج ساله خود کشف کند. این کار به شدت بر تکنیکی به نام ریزهمگرایی (microlensing) متکی خواهد بود، که بزرگنمایی ضعیف ستارگان پس‌زمینه را هنگام عبور سیارات از جلوی آنها تشخیص می‌دهد. این روش به ویژه نسبت به سیاراتی که دور از ستاره‌های میزبان خود می‌چرخند حساس است و به رومن اجازه می‌دهد جهان‌های کوچکتر و شبیه‌تر به زمین را پیدا کند که اغلب توسط بررسی‌های گذر نادیده گرفته می‌شوند.[4][6]

با این حال، شواهد مربوط به این جهان‌های دوردست با محدودیت‌های ذاتی همراه خواهد بود. در حالی که رقم ۲۰۰,۰۰۰ به طور گسترده توسط برنامه‌ریزان مأموریت ذکر می‌شود، این رقم نشان‌دهنده سیگنال‌های نامزد است تا سیارات کاملاً تأیید شده. رویدادهای ریزهمگرایی صرفاً رخدادهای یک‌باره هستند؛ از آنجایی که هم‌ترازی دقیق ستاره‌های پیش‌زمینه و پس‌زمینه موقتی است، این کشف‌های خاص سیارات فراخورشیدی را نمی‌توان مجدداً مشاهده یا توسط مطالعات گذر بعدی تأیید کرد. داده‌ها یک سرشماری آماری از جمعیت‌های سیاره‌ای را ارائه خواهند داد، نه یک کاتالوگ از جهان‌هایی که می‌توانیم به طور مکرر آنها را مطالعه کنیم.[4]

رومن همچنین یک نمایشگر فناوری بسیار آزمایشی را حمل می‌کند که برای تصویربرداری مستقیم از سیارات فراخورشیدی بزرگ طراحی شده است. ابزار کرونوگراف (CGI) از دو آینه تغییرشکل‌پذیر برای سرکوب فعال تابش خیره‌کننده ستاره‌های میزبان استفاده می‌کند. CGI با مسدود کردن فیزیکی نور ستاره مرکزی و استفاده از هزاران محرک میکروسکوپی برای اصلاح نقص‌های نوری در زمان واقعی، سرکوب نور ستاره در حد یک در میلیارد را هدف قرار می‌دهد. این معادل تلاش برای عکس گرفتن از یک کرم شب‌تاب است که در کنار یک نورافکن از هزاران مایل دورتر پرواز می‌کند، و به نور فوق‌العاده ضعیف یک سیاره در حال چرخش اجازه می‌دهد تا برای حسگرهای تلسکوپ قابل مشاهده شود.[4]

از آنجایی که این سطح افراطی از سرکوب فعال نور ستاره هرگز در محیط فضا به دست نیامده است، CGI صرفاً به عنوان یک نمایشگر فناوری طبقه‌بندی می‌شود تا یک ابزار علمی اصلی. موفقیت آن تضمین شده نیست و شکست آن مأموریت گسترده‌تر را به خطر نمی‌اندازد. با این حال، در صورت موفقیت، قابلیت اطمینان سخت‌افزار مورد نیاز برای مأموریت‌های پرچمدار آینده، مانند رصدخانه جهان‌های قابل سکونت پیشنهادی، را ثابت خواهد کرد که هدف آن تصویربرداری مستقیم و تجزیه و تحلیل اتمسفر سیارات شبیه به زمین است.[4]

مقیاس محض بررسی‌های میدان دید عریض رومن، حجم بی‌سابقه‌ای از داده‌های نجومی را تولید خواهد کرد. انتظار می‌رود این مأموریت در طول عمر اصلی پنج ساله خود، پتابایت‌ها تصویر را به زمین ارسال کند، که روش‌های سنتی تحلیل نجومی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. جامعه اخترفیزیک در حال حاضر در حال توسعه و استقرار الگوریتم‌های یادگیری ماشینی جدیدی است تا فقط بتواند این کاتالوگ کیهانی را غربال کند. محققان در حال آموزش هوش مصنوعی هستند تا امضاهای ظریف رویدادهای ریزهمگرایی و همگرایی گرانشی پنهان شده در میدان‌های ستاره‌ای عظیم را شناسایی کند و کیهان‌شناسی را به یک رشته داده‌های بزرگ تبدیل کند که در آن الگوریتم‌ها کارهای سنگین اولیه را انجام می‌دهند.[3][5]

در حالی که تلسکوپ برای پنجره پرتاب صبح یکشنبه خود آماده می‌شود، مخاطرات علمی واضح است. اگر فالکون هوی با موفقیت رومن را به مدار L۲ خود برساند، ستاره‌شناسان به زودی داده‌های پانوراما مورد نیاز برای آزمایش خودِ مبانی فیزیک مدرن را در اختیار خواهند داشت. این مأموریت یا مدل استاندارد کیهان‌شناسی را با دقتی بی‌سابقه تأیید می‌کند یا بازنویسی اساسی نحوه عملکرد گرانش و انرژی تاریک در بزرگترین مقیاس‌ها را الزامی می‌سازد. رومن با ارائه یک نمای نورافکنی از جهان، آماده است تا رسماً عصر جدیدی از کشف کیهانی را آغاز کند و به سؤالاتی پاسخ دهد که دهه‌ها دانشمندان را گیج کرده‌اند.[2][5]