Фізик із Лабораторії реактивного руху NASA розрахував, як за допомогою гравітації Сонця отримати зображення білих карликів і чорних дір із точністю, недосяжною для жодного сучасного телескопа. Нова робота пропонує використовувати сонячну гравітаційну лінзу не лише для знімків екзопланет, а й для зовсім інших астрономічних цілей.
Як працює сонячна лінза
Концепція сонячної гравітаційної лінзи (Solar Gravitational Lens, SGL) спирається на передбачення загальної теорії відносності. Маса Сонця викривляє простір навколо себе, і промені світла від далеких об’єктів викривлюються та фокусуються уздовж лінії, що починається приблизно за 550 астрономічних одиниць від нашої зорі.
Апарат із телескопом метрового класу на цій фокальній лінії зміг би реконструювати зображення землеподібних екзопланет на відстані до кількох десятків світлових років із деталями до десятків кілометрів. Досі саме екзопланети вважалися головною метою SGL.
Не лише екзопланети
Як повідомляє Phys.org, фізик Слава Турішев із Лабораторії реактивного руху NASA у препринті на сервері arXiv зосередився на об’єктах, які випромінюють власне світло. Для екзопланет головною перешкодою є нестача фотонів, адже телескоп має збирати сигнал тривалий час, щоб виділити його на тлі фонового шуму від сонячної корони.
Для яскравих компактних об’єктів математика кардинально інша. Головними стають навігація вздовж фокальної лінії, динамічний діапазон детектора і вилучення засвітлення від корони. Слава Турішев детально розрахував три сценарії.
Білий карлик у деталях
Перший приклад стосується поверхні магнітного білого карлика. Ці компактні залишки зір за розміром близькі до Землі, але мають надзвичайно високу світимість.
Сучасні інструменти розрізняють деталі на їхній поверхні лише з точністю до мікрокутових секунд, тобто до мільйонних часток кутової секунди. За розрахунками Слави Турішева, SGL зможе відтворити поверхню білого карлика на відстані 10 парсеків із точністю до нанокутових секунд, тобто до мільярдних часток кутової секунди, зробивши видимими температурні перепади та кам’яні уламки в акреційному поясі.
На порядки краще за Event Horizon Telescope
Другий сценарій стосується надмасивної чорної діри M87*. Перше зображення цього об’єкта, отримане за допомогою Event Horizon Telescope (EHT) у 2019 році, мало роздільну здатність близько 20 мікрокутових секунд. Слава Турішев показав, що SGL здатна забезпечити 0,66 мікрокутової секунди на піксель, тобто покращення на кілька порядків.
Навіть нещодавні тестові спостереження EHT на частоті 345 ГГц досягли лише 19 мікрокутових секунд, і це вже поріг можливостей наземних інтерферометрів. Третій сценарій передбачає детальне зображення окремих ділянок протопланетних дисків, наприклад, зон активного формування планет.
Інженерна складність місії
Головна інженерна складність полягає не в оптиці, а в навігації. Щоб навести лінзу на інший об’єкт на небі, апарат має фізично змінити свою позицію на відстані 650 а.о. від Сонця. Навіть зміщення поля зору на один градус потребує переміщення на дистанцію, більшу за відстань від Землі до Сатурна.
Висновки статті ще не пройшли офіційного рецензування. Водночас концепцію SGL уже тричі обирали для фінансування у межах програми NASA NIAC (Інститут передових концепцій), а для розгону апарата розглядають сонячні вітрила, здатні надати швидкість до 150 км/с під час проходження біля Сонця.
