Режим одиночной антенны

Наблюдения в режиме одиночного телескопа будут выполняться из точки Лагранжа L2. Они послужат для решения двух прорывных задач: изучения происхождения жизни во Вселенной и измерения спектральных искажений реликтового излучения. Также, будут решаться и другие важные задачи астрофизики.

1. Происхождение жизни во Вселенной

На сегодняшний день известно, что жизнь существует только на Земле. Какие условия сделали нашу планету обитаемой? Как вода, основной ингредиент жизни, появилась на Земле? Место, где находится наша планета, довольно горячее. Согласно современным теориям, ко времени образования Земли здесь было сухо. Была ли вся вода океанов принесена позже кометами? На этот вопрос можно получить ответ, наблюдая спектры комет и других тел Солнечной системы в дальнем ИК диапазоне, что позволит сравнить изотопный состав воды в этих телах. Эти исследования нельзя сделать с поверхности Земли, поскольку вода в земной атмосфере исказит результаты.

Сейчас известно, что существует большое количество других планетных систем. Какая доля этих планет содержит жидкую воду? Для ответа на этот вопрос Миллиметрон будет наблюдать места образования новых планетных систем, так называемые протопланетные диски, и определит распределение воды и льда в этих системах.

На дальний ИК диапазон приходится множество спектральных линий сложных органических молекул, среди которых есть пре-биотики. Если следы этих молекул будут найдены в межзвездном пространстве, это будет означать, что жизнь в Галактике и во Вселенной это универсальное явление. Другая ключевая задача, связанная с происхождением жизни, состоит в исследовании хиральности: земная жизнь основана на аминокислотах с левой хиральностью и сахарах с правой хиральностью. Неясно, откуда в земной жизни взялась чистая хиральность. Если она также будет обнаружена в межзвездных облаках, это может означать, что жизнь в нашей Галактике имеет одинаковую с нами хиральность. Эта задача сложна для наблюдений, и Миллиметрон будет иметь спектральные и поляриметрические возможности для ее решения.

Finding the origins of life, millimetron, Single Dish Mode
Credit: NASA/ JPL-Caltech

2. Спектральные искажения реликтового излучения

Начиная с первых экспериментов по изучению реликтового излучения установлено, что частотный спектр этого излучения с доступной измерению точностью совпадает со спектром абсолютно черного тела. Вместе с тем, в дорекомбинационную эпоху были физические процессы, сопровождавшиеся выделением энергии. Эти процессы неизбежно должны оставить след в спектре реликтового излучения в виде очень характерных отклонений от спектра абсолютно черного тела. Такие искажения спектра содержат уникальную информацию о явлениях в ранней Вселенной, связанных с возможными отклонениями от термодинамического равновесия, вызванными распадающимися или аннигилирующими частицами, рассеянием звуковых волн, первичными черными дырами, космическими струнами, и т. д. Следовательно, обнаружение этих искажений прольет свет на процессы, происходившие на красных смещениях от 2 000 000 до 1 000.

В ранней Вселенной в дорекомбинационную эпоху на красных смещениях меньше 2 000 000 эффекты двойного комптоновского рассеяния и тормозного излучения становятся пренебрежимо малыми. Поэтому, начиная с этого момента, полное число фотонов остается неизменным, и любое выделение энергии в плазму приводит к спектральным искажениям по сравнению с абсолютно черным телом. Так называемые μ-искажения появляются в диапазоне красных смещений 2 000 000 < z < 10 000. Они имеют форму распределения Бозе-Эйнштейна с ненулевым химическим потенциалом. Выделение энергии в более поздние эпохи приводит к возникновению y-искажения. Его форма напоминает таковую для эффекта Сюняева-Зельдовича.

Обнаружение μ- и y-искажений Миллиметроном потребует глубоких наблюдений небольших (не более 1х1 градуса) и наиболее чистых участков на небе. Для решения этой задачи потребуется достигнуть чувствительности порядка 1 Ян/стер и точно отделить слабый сигнал от многочисленных фонов.

 

Testing the limits of current cosmological theories, millimetron, Single Dish Mode
NASA / WMAP SCIENCE TEAM

Дополнительные задачи

  • Изучение галактик на больших красных смещениях;
  • Происхождение сверхмассивных черных дыр;
  • Физика центрального парсека вокруг ближайших сверхмассивных черных дыр;
  • Эффект Сюняева-Зельдовича;
  • Гравитационное линзирование;
  • Образование звезд и планет;
  • Эволюция звезд / звезды позднего типа;
  • Экзопланеты;
  • Исследование Солнечной системы.