В НАСА заявили, что планируемый космический телескоп «Нэнси Грейс Роман», как ожидается, обнаружит еще около 100 000 экзопланет на существующей основе, тем самым переписав представления человечества о распределении и эволюции планет в Млечном Пути. В настоящее время с помощью НАСА и других наблюдательных проектов люди подтвердили существование около 6300 экзопланет, а «Римский» телескоп проведет масштабные исследования неба в областях Млечного Пути, которые раньше редко обследовались, значительно расширив этот «список межзвездных планет».
Научно-исследовательская группа отметила, что большинство открытий экзопланет в прошлом были сосредоточены возле звезд в «локальном окружении» Млечного Пути в пределах нескольких тысяч световых лет от Земли, а «Роман» направит свои взгляды еще дальше, сосредоточившись на наблюдении плотной «области выпуклости ядра» в центре Млечного Пути и простирающейся до внешнего края дальней стороны диска Млечного Пути. Элиза Кинтана, исследователь из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, отвечающая за подготовку к наблюдениям за транзитом экзопланеты римской миссии, сказала: «В пределах Млечного Пути существуют разнообразные среды, но систематически исследуется только наша небольшая область». «Роман» станет первым, кто систематически сравнит формирование и распределение планет в различных средах в масштабе, охватывающем множество «галактических ниш».
Согласно плану миссии, «Роман» продолжит искать подсказки о планетах, постоянно отслеживая изменения яркости миллионов звезд. Некоторые наблюдения основаны на «транзитном методе» — когда планета проходит перед родительской звездой, это вызывает очень слабое и временное уменьшение блеска звезды; другая часть основана на эффекте «гравитационного микролинзирования» — гравитация звезды на переднем плане и ее планеты временно усиливает свет более удаленной звезды на заднем плане, делая его ярче. Два метода имеют разную чувствительность к разным типам планет и будут дополнять друг друга: метод транзита особенно хорош для обнаружения планет на близких орбитах с большими размерами, высокими температурами и короткими периодами, в то время как технология микролинзирования больше подходит для поиска целей с более дальними орбитами и структур, более близких к планетоподобным системам в Солнечной системе, и может обнаруживать небесные тела размером с планеты земного типа или даже меньше.
По оценкам команды миссии, «Роман», как ожидается, обнаружит около 100 000 планет только с помощью транзитного метода; в то время как наблюдения с помощью микролинзирования, как ожидается, обнаружат более тысячи дополнительных новых миров, включая планеты, расположенные в обитаемой зоне звезды или за ее пределами. Эти миры с более низкими температурами вдали от родительской звезды практически трудно обнаружить другими методами, поэтому они по-прежнему являются одним из самых «пустых» типов планет за пределами Солнечной системы. Ожидается, что, одновременно проводя исследования транзитов и микролинзирования, «Роман» обрисует общую картину формирования и эволюции планет в галактическом масштабе, включая области, которые могут быть похожи на окружающую среду в начале Солнечной системы.
Научное сообщество в целом согласно с тем, что различия в химической среде в разных регионах Млечного Пути могут оказать глубокое влияние на формирование планет. Исследования показывают, что звезды, расположенные во внешнем диске Млечного Пути, обычно содержат меньше тяжелых элементов, в то время как звезды в центральной выпуклости Млечного Пути часто старше и богаты «звездообразующими» элементами, такими как кремний, кислород и магний. Астрономы называют элементы, отличные от водорода и гелия, «тяжелыми элементами». Эти элементы синтезируются поколение за поколением внутри звезд и выбрасываются в межзвездное пространство в результате таких процессов, как взрывы сверхновых, постепенно обогащая последующие звезды и планетные системы. Исследования подтвердили, что чем выше содержание тяжелых элементов в звезде, тем больше вероятность появления вокруг нее планет, особенно чаще встречаются планеты-гиганты. Поэтому, если «Роман» сможет систематически сравнивать взаимосвязь между химическим составом звезд и обилием планет в разных регионах Млечного Пути, это поможет ответить на ключевой вопрос — распространены ли в Млечном Пути планетные системы, подобные Солнечной системе, или они относительно редки.
Судя по строению Млечного Пути, Солнце в настоящее время находится на расстоянии около 27 000 световых лет от центра Галактики, в середине внешней части спирального рукава. Ученые предполагают, что Солнечная система, возможно, была ближе к центру Млечного Пути, чем сейчас, примерно в 10 000 световых годах от нас, а затем постепенно мигрировала наружу к своему нынешнему орбитальному положению в ходе длительного процесса эволюции. Одним из важных доказательств этой траектории миграции является химический состав Солнца: содержание тяжелых элементов в нем ближе к таковому у звезд внутреннего диска, чем к более обедненным звездам внешнего диска. Наблюдая за большей выборкой звезд и планетных систем, «Роман» предоставит больше статистической основы для подобных гипотез «орбитальной миграции».
Ожидается, что помимо открытия планет Роман предоставит беспрецедентные обширные данные по изучению планетарных атмосфер и «инопланетной погоды». Исследователи ожидают, что телескоп не будет выполнять углубленный спектроскопический анализ атмосфер отдельных планет, как космический телескоп Джеймса Уэбба, а вместо этого составит «базу данных атмосферы и климата» для нескольких типов планет, подсчитывая изменения в инфракрасном излучении и яркости тысяч транзитных планет. Его возможности инфракрасного наблюдения особенно чувствительны к «горячим Юпитерам» — эти планеты по размеру схожи с Юпитером и имеют диаметр примерно в 11 раз больше земного. Однако их орбиты чрезвычайно близки, их периоды составляют всего несколько дней, а температура поверхности чрезвычайно высока, поэтому они излучают значительное излучение в инфракрасном диапазоне. Когда горячий Юпитер затмевает звезду или проходит за ней, общая яркость системы претерпит основное транзитное и меньшее «вторичное транзитное» изменение света. Анализируя глубину вторичного транзита и изменения яркости планеты в разных положениях ее орбиты, ученые могут получить такую информацию, как разница температур между дневной и ночной сторонами планеты и смещение самой горячей области относительно центральной линии планеты, тем самым делая вывод о ее атмосферной циркуляции и характеристиках переноса тепла.
Что касается обработки данных, команда «Романа» заранее приступила к моделированию наблюдений и обучению алгоритмов. Исследователи собирают синтетические данные, внедряют моделируемые планетарные сигналы и используют такие методы, как машинное обучение, для обучения автоматических программ скрининга, позволяющих отличать реальные сигналы от ложных срабатываний при транзите и событиях микролинзирования. Эта предварительная подготовка призвана гарантировать, что после ввода телескопа в научную эксплуатацию можно будет быстро провести надежный поиск планет и статистический анализ, когда начнется массивный приток данных. Стоит отметить, что все данные, собранные «Романом», будут открыты миру, а в открытии и исследовании новых планет смогут участвовать как профессиональные астрономы, так и общественные энтузиасты астрономии.
Ученые НАСА вообще ожидают, что влияние «Романа» в области экзопланет будет сопоставимо или даже превзойдет космический телескоп «Кеплер» более десяти лет назад. Тогда «Кеплер» путем долговременного высокоточного мониторинга около 100 000 звезд впервые статистически доказал, что «планеты встречаются чаще, чем звезды», полностью изменив представления человечества об общем распределении планет в Млечном Пути. «Римский» план исследования галактической выпуклости во временной области позволит наблюдать около 100 миллионов звезд, охватывая большое количество областей, которые ранее редко подвергались систематическим исследованиям, и, как ожидается, сформирует базовый набор данных с большой выборкой, заложив ориентир для изучения экзопланет и галактической эволюции в следующие несколько десятилетий. Как сказал Хорхе Мартинес-Паломера, астроном НАСА Годдарда, принимавший участие в подготовке к миссии, этот обзор неба «вновь изменит наше понимание других миров и места человечества во Вселенной».