Wszechświat nieustannie zaskakuje, a naukowcy, wyposażeni w coraz potężniejsze narzędzia, odkrywają jego kolejne tajemnice. Najnowszym przykładem jest spektakularna współpraca dwóch kosmicznych obserwatoriów: misji Euclid Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), z wkładem NASA, oraz Kosmicznego Teleskopu Nancy Grace Roman (Roman), który NASA planuje wystrzelić już tego lata. Okazuje się, że wspólne spojrzenie tych potężnych instrumentów na serce naszej galaktyki, Drogi Mlecznej, ma potencjał, by zrewolucjonizować nasze zrozumienie kosmosu, otwierając drogę do odkrycia nieuchwytnych czarnych dziur i planet-tułaczy.

Misja Euclid, której głównym celem są badania kosmologiczne, na co dzień przemierza rozległe obszary nieba. Jednak naukowcy podjęli bezprecedensową decyzję: na jeden dzień w marcu 2025 roku Euclid przerwał swoje standardowe obserwacje, by spojrzeć w obszar, który stanie się celem programu badawczego teleskopu Roman. Jak podkreśla Jason Rhodes, starszy naukowiec z NASA Jet Propulsion Laboratory, takie odejście od głównej misji wymaga ogromnego nakładu pracy i planowania, musi więc mieć ogromny wpływ na naukę.

Ten „przedpremierowy” wgląd ma kluczowe znaczenie. Choć jednorazowa obserwacja Euclid jest płytsza i nie zawiera tak wielu szczegółów kolorystycznych, jakich dostarczy Roman, oferuje podobną rozdzielczość i obejmuje znacznie większy obszar – około 5 stopni kwadratowych, czyli tyle, ile zajmuje na niebie około 25 pełnych Księżyców. Zestawienie danych z Euclid z przyszłymi obserwacjami teleskopu Roman, który rozpocznie swój pięcioletni program wczesną wiosną 2027 roku, de facto wydłuży czas trwania badań o dodatkowe dwa lata. To przełom, na który astronomowie czekali, umożliwiający zebranie jeszcze większej ilości danych i dokonanie jeszcze bardziej precyzyjnych analiz.

Mikrosoczewkowanie grawitacyjne

Główną techniką, jaką wykorzysta teleskop Roman do penetracji centrum Drogi Mlecznej, będzie zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego. To fascynujący fenomen, który zachodzi, gdy masywny obiekt – gwiazda, planeta, a nawet czarna dziura – znajdzie się w idealnej linii widzenia między nami a odległą gwiazdą tła. Grawitacja bliższego obiektu zakrzywia czasoprzestrzeń, a tym samym światło pochodzące z odległej gwiazdy. Jeśli ustawienie jest wystarczająco precyzyjne, obiekt ten działa jak kosmiczna soczewka, skupiając i wzmacniając światło z gwiazdy tła.

Teleskop Roman będzie monitorował te subtelne, krótkotrwałe wzrosty jasności gwiazd. „Najczęściej obiektem soczewkującym jest inna gwiazda”, wyjaśnia Matthew Penny z Louisiana State University. „Ale Roman będzie w stanie wykryć również planety krążące wokół nich, a także wszelkiego rodzaju dziwne obiekty, które są niemal niemożliwe do znalezienia w jakikolwiek inny sposób”.

Niewidzialne olbrzymy: samotne czarne dziury

Wśród tych „dziwnych obiektów” znajdują się czarne dziury o masie gwiazdowej, pozostałości po śmierci najmasywniejszych gwiazd. Naukowcy szacują, że w Drodze Mlecznej może być ich nawet 100 milionów. Dotychczas jednak większość z nich wykrywano jedynie, gdy wchodziły w interakcję z towarzyszącą gwiazdą. Uważa się, że większość z nich wędruje przez galaktykę w całkowitej samotności. Teleskop Roman zmieni to, pozwalając na ich odkrycie, nawet gdy w pobliżu nie ma niczego, co zdradzałoby ich obecność.

Zdarzenia mikrosoczewkowania wywołane przez czarne dziury są znacznie dłuższe – mogą trwać latami – ponieważ ich ogromna masa zakrzywia światło na większym obszarze. To oznacza, że astronomowie muszą obserwować je przez długi czas, aby zobaczyć, jak obiekty wychodzą z linii widzenia. „Dodatkowe dwa lata obserwacji zapewnione przez Euclid dają astronomom więcej czasu na obserwację soczewki i gwiazdy źródłowej, ułatwiając identyfikację soczewki i zmierzenie jej masy”, dodaje Himanshu Verma, badacz z Louisiana State University.

Planety swobodne i dalekie światy

Podczas gdy większość metod poszukiwania planet najlepiej sprawdza się w przypadku gorących światów krążących blisko swoich gwiazd, mikrosoczewkowanie jest wyjątkowo skuteczne w wykrywaniu planet o orbitach większych niż ziemska. Obejmuje to zarówno odległe światy, obiegające swoje słońca dalej niż Neptun, jak i te, które zostały wyrzucone ze swoich macierzystych systemów gwiezdnych i teraz samotnie przemierzają galaktykę.

„Kiedy Roman je znajdzie, astronomowie będą mogli odwołać się do wcześniejszych obserwacji Euclid, aby poszukać gwiazd w pobliżu obiektu soczewkującego. W ten sposób będziemy w stanie potwierdzić, czy planeta jest prawdziwie 'swobodna’, czy po prostu krąży bardzo daleko od swojej gwiazdy macierzystej”, wyjaśnia David Bennett, ekspert ds. mikrosoczewkowania z University of Maryland.

Bezprecedensowa mapa naszej galaktyki

Współpraca Euclid i Roman nie ograniczy się jedynie do mikrosoczewkowania. Dane z Euclid zostaną również wykorzystane w programie Galactic Plane Survey teleskopu Roman, który ma ujawnić Drogę Mleczną w niespotykanych dotąd szczegółach. Ten program, obejmujący obszar 400 razy większy niż obszar badań zgrubienia galaktycznego, w ciągu jednego miesiąca obserwacji rozłożonego na dwa lata, ukaże dziesiątki miliardów gwiazd i zbada dotychczas niezbadane struktury.

Badanie naszej własnej galaktyki jest niezwykle trudne – to jak próba mapowania ludzkiego ciała od wewnątrz komórki. Jest mnóstwo przeszkód. Połączenie obserwacji Euclid z danymi Romana pozwoli astronomom śledzić powolne ruchy gwiazd na niebie. Ponieważ gwiazdy w różnych częściach Drogi Mlecznej mają tendencję do podążania różnymi ścieżkami, pomoże to naukowcom określić, w której części galaktyki te gwiazdy się znajdują. „Jednym z najbardziej ekscytujących aspektów obserwacji Euclid jest to, że dają nam one szansę na przetestowanie i ulepszenie modeli Drogi Mlecznej”, podsumowuje Matthew Penny.

Potęga współpracy

Jednodniowy „objazd” Euclid oferuje naukową wartość, która będzie odczuwalna przez lata, i pokazuje, jak wiele więcej można osiągnąć, gdy teleskopy łączą siły. „Pokazaliśmy, że te dwa teleskopy mogą współpracować, aby prowadzić badania, które przekraczają to, do czego każdy z nich był pierwotnie zaprojektowany”, mówi Jason Rhodes. „W ten sposób ustanowiliśmy model dla przyszłych skoordynowanych obserwacji, który może odblokować znacznie więcej odkryć, niż każda misja mogłaby dokonać samodzielnie”. To obietnica ery nowych, zintegrowanych badań kosmosu, która dopiero się rozpoczyna.