Źródło: NASA, Joseph Olmsted (STScI)
Gracja Nancy Rzymski Teleskop Kosmicznyktórego wystrzelenie zaplanowano na 2027 r., ma na celu rejestrowanie obrazów galaktyk i zjawisk kosmicznych we wszechświecie w wysokiej rozdzielczości.
Zaoferuje głębsze zrozumienie ewolucji galaktyk i ciemnej materii dzięki swoim zaawansowanym możliwościom obserwacyjnym. Teleskop ten znacznie poszerzy naszą wiedzę, badając struktury galaktyczne, dostarczając wskazówek na temat powstawania galaktyk i pomagając w badaniu tajemniczej ciemnej materii we wszechświecie.
Kosmiczny ogrom i wyzwania obserwacyjne
Ma średnicę około 100 000 lat świetlnych Droga Mlecznaogrom i szersza, stale zmieniająca się dynamika kosmosu wymykają się wszelkim próbom pełnego zrozumienia naszej macierzystej galaktyki i jej historii. Nawet najpotężniejsze obecnie teleskopy i narzędzia astronomiczne nie mogą dać nam jasnego i pełnego obrazu Drogi Mlecznej z punktu widzenia osoby z zewnątrz.
Puragra „Raja” GuhaThakurta, astronom z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, podsumowuje ten dylemat w bardziej znanych i przenośnych słowach: „Po prostu nie mamy wystarczająco długiego kijka do selfie, aby robić tego rodzaju zdjęcia”.
Dlatego jest tak podekscytowany możliwością wzięcia udziału w projekcie, w ramach którego ogłoszono plany wykorzystania potężnego teleskopu kosmicznego, który jest obecnie w budowie, do robienia zdjęć galaktyk w pobliskim wszechświecie w wysokiej rozdzielczości oraz otaczających je kosmicznych wskazówek, które mogłyby wyjaśnić ich powstawanie .
„Matka” z Kosmiczny Teleskop Hubble’a
Po uruchomieniu przez NASA w 2027 r. Rzymski Teleskop Kosmiczny Nancy Grace będzie prowadził obserwacje z punktu obserwacyjnego oddalonego o około 150 000 km od Ziemi, w kierunku przeciwnym do Słońca. Teleskop, nazwany na cześć pierwszego głównego astronoma NASA, ma pomóc w rozwiązaniu niektórych z najgłębszych tajemnic astrofizyki, takich jak ewolucja wszechświata, jego ostateczny los i to, czy poza Ziemią istnieje życie.
Roman jest reklamowany jako obserwatorium nowej generacji, które będzie spoglądać przez pył i na rozległe obszary przestrzeni i czasu w celu obserwacji wszechświat podczerwienio kształcie przypominającym beczkę, który pomoże zablokować niepożądane światło Słońca, Ziemi i Księżyca, a także polem widzenia w podczerwieni co najmniej 200 razy większym niż Kosmiczny Teleskop Hubble’a.
„Roman jest idealny ze względu na połączenie dużego pola widzenia i wysokiej rozdzielczości kątowej, porównywalnej z Hubble’em” – powiedział GuhaThakurta, profesor astronomii i astrofizyki, który uczestniczy w przeglądzie Roman Infrared Nearby Galaxies Survey (RINGS), zbiorze możliwych obserwacje, które astronomowie opracowują w ramach grantu NASA.
Badanie RINGS to wstępna koncepcja, która może zostać wdrożona podczas misji naukowej Romana lub nie. Jeśli tak, RINGS uchwyci szerokokątne obrazy galaktyk w pobliskim wszechświecie w wysokiej rozdzielczości oraz pozostawione przez nie kosmiczne wskazówki dotyczące ich historii.
Archeologia galaktyczna
Galaktyki pozostawiają ślady swojej ewolucji w swoich strukturach gwiezdnych, prawie tak jak organizmy na Ziemi pozostawiają ślady w skale. Te galaktyczne „skamieniałości” to grupy starożytnych gwiazd, które przechowują historię powstawania i ewolucji galaktyki, w tym skład chemiczny galaktyki, kiedy powstawały te gwiazdy.
Takie kosmiczne skamieniałości są szczególnie interesujące dla Robyn Sanderson, zastępcy głównego badacza RINGS w Uniwersytecie im Uniwersytet Pensylwanii. Opisuje proces analizowania struktur gwiazdowych w galaktykach jako „przypominający przechodzenie przez wykopaliska i próbę uporządkowania kości i złożenia ich z powrotem”.
Wysoka rozdzielczość Romana umożliwi naukowcom wyłapywanie tych galaktycznych skamieniałości przy użyciu struktur sięgających od długich ogonów pływowych na obrzeżach galaktyki po strumienie gwiazdowe w galaktyce. Te wielkoskalowe struktury, które Roman ma wyjątkową zdolność uchwycenia, mogą dostarczyć wskazówek na temat historii łączenia się galaktyk. Celem, mówi Sanderson, jest „ponowne złożenie tych skamieniałości, aby cofnąć się w czasie i zrozumieć, jak powstały te galaktyki”.
Badanie ciemnej materii za pomocą PIERŚCIENI
RINGS umożliwi także dalsze badania jednej z najbardziej tajemniczych substancji we wszechświecie: ciemnej materii, niewidzialnej formy materii, która stanowi większość masy galaktyki. Szczególnie przydatną klasą obiektów do testowania teorii ciemnej materii są ultrasłabe galaktyki karłowate.
„Ultrasłabe galaktyki karłowate są tak zdominowane przez ciemną materię, że mają bardzo mało normalnej materii potrzebnej do powstawania gwiazd” – wyjaśnia GuhaThakurta. „Nawet jeśli faktycznie uformują się w gwiazdy, w procesie tym wydmuchnie się więcej gazu potrzebnego do stworzenia nowej generacji gwiazd, przez co są one głęboko nieefektywne w wytwarzaniu gwiazd”.
Przy tak małej liczbie gwiazd, ultrasłabe galaktyki można zasadniczo postrzegać jako niemal czyste plamy ciemnej materii do zbadania. A ponieważ Roman ma duże pole widzenia i wysoką rozdzielczość do obserwacji tego typu galaktyk, teleskop pomoże przetestować wiele teorii i, miejmy nadzieję, zbliżyć się do znalezienia prawdy o nieobserwowalnej materii, która znacznie przewyższa materię widzialną: ciemna materia tworzy około 80% materii Wszechświata, podczas gdy normalna materia stanowi pozostałe 20%.
Galaktyczne halo: odsłaniamy pełny obraz
Jednak ultrasłabe galaktyki to nie jedyny test ciemnej materii. Często wystarczy zajrzeć na podwórko średniej wielkości galaktyki. Struktury w halo galaktyki często dają wskazówki co do ilości obecnej ciemnej materii. Jednak ze względu na same rozmiary halo galaktycznych – często są one 15–20 razy większe od samej galaktyki – obecne teleskopy są głęboko nieskuteczne w ich obserwacji.
Na przykład chociaż sama Droga Mleczna ma średnicę około 100 000 lat świetlnych, GuhaThakurta wskazuje, że halo naszej galaktyki jest znacznie większe: ma średnicę co najmniej 2 milionów lat świetlnych.
W tej chwili jedynymi w pełni rozpoznanymi halo galaktycznymi, którymi muszą się zająć naukowcy, są Droga Mleczna i Andromeda, nasza sąsiadująca galaktyka. Ben Williams, główny badacz RINGS w Uniwersytet Waszyngtońskiopisuje, jak moc Romana rozwiąże ten problem: „Posiadamy wiarygodne pomiary jedynie Drogi Mlecznej i Andromedy, ponieważ są one na tyle blisko, że możemy uzyskać pomiary dużej liczby gwiazd rozmieszczonych w ich halo gwiazdowym. Zatem dzięki Romanowi nagle będziemy mieli 100 lub więcej takich w pełni rozdzielonych galaktyk.”
Poszerzanie wiedzy galaktycznej z Romanem i Keckiem II
GuhaThakurta i jego studenci spodziewają się uzupełnić rzymskie dane obrazowe o bardzo głębokie widma o szerokim polu widzenia z 10-metrowego teleskopu Keck II i spektrografu DEIMOS. Planują zastosować stosunkowo nową technikę – nazwaną „dodatkową spektroskopią SBF (fluktuacji jasności powierzchni)” – którą GuhaThakurta pomógł opracować kilka lat temu.
Jak wyjaśnia, połączenie tych podejść „obiecuje się okazać potężnym sposobem na lepsze zrozumienie powstawania i ewolucji galaktyk – niektóre porównywalne pod względem masy i jasności do naszej Drogi Mlecznej, inne mniejsze, a inne większe”.
