Roman Space Telescope kunne afbilde 100 Hubble ultradybe felter på én gang

Et af Hubble-rumteleskopets mest ikoniske billeder er Hubble Ultra Deep Field, som afslørede utallige galakser på tværs af universet, strækker sig tilbage til inden for et par hundrede millioner år efter Big Bang. Hubble kiggede på en enkelt plet af tilsyneladende tom himmel i hundredvis af timer fra september 2003, og astronomer afslørede første gang dette galaksetæppe i 2004, med flere observationer i de efterfølgende år.

NASAs kommende Nancy Grace Roman Space Telescope vil være i stand til at fotografere et område af himlen, der er mindst 100 gange større end Hubble med samme skarpe skarphed. Blandt de mange observationer, der vil blive muliggjort af dette brede syn på kosmos, astronomer overvejer muligheden og det videnskabelige potentiale af et romersk rumteleskop "ultra-dybt felt." En sådan observation kunne afsløre ny indsigt i emner lige fra stjernedannelse under universets ungdom til den måde, galakser klynger sig sammen i rummet.

Roman vil muliggøre ny videnskab inden for alle områder af astrofysikken, fra solsystemet til kanten af ​​det observerbare univers. Meget af Romans observationstid vil blive dedikeret til undersøgelser over brede himmelstrøg. Imidlertid, en vis observationstid vil også være tilgængelig for det generelle astronomiske samfund til at anmode om andre projekter. Et romersk ultradybt felt kunne i høj grad gavne det videnskabelige samfund, siger astronomer.

"Som et samfundsvidenskabeligt koncept, der kunne være spændende videnskabelige resultater fra ultra-dybe feltobservationer af Roman. Vi vil gerne engagere det astronomiske samfund til at tænke over måder, hvorpå de kunne drage fordel af Romans evner, " sagde Anton Koekemoer fra Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland. Koekemoer præsenterede den romerske ultra-dybe felt idé ved det 237. møde i American Astronomical Society, på vegne af en gruppe astronomer, der spænder over mere end 30 institutioner.

Som et eksempel, et romersk ultra-dybt felt kunne ligne Hubble Ultra Deep Field - kigger i en enkelt retning i et par hundrede timer for at opbygge et ekstremt detaljeret billede af meget svag, fjerne objekter. Men mens Hubble fangede tusindvis af galakser på denne måde, Roman ville indsamle millioner. Som resultat, det ville muliggøre ny videnskab og i høj grad forbedre vores forståelse af universet.

Universets struktur og historie

Måske mest spændende er muligheden for at studere det meget tidlige univers, som svarer til de fjerneste galakser. Disse galakser er også de sjældneste:f.eks. kun en håndfuld er set i Hubble Ultra Deep Field.

Takket være Romans brede synsfelt og nær-infrarøde data af samme kvalitet som Hubbles, den kunne opdage mange hundrede, eller måske tusinder, af disse yngste, fjerneste galakser, spredt blandt millioner af andre galakser. Det ville lade astronomer måle, hvordan de grupperer sig i rummet såvel som deres alder, og hvordan deres stjerner er dannet.

"Roman ville også give stærke synergier med nuværende og fremtidige teleskoper på jorden og i rummet, herunder NASAs James Webb Space Telescope og andre, sagde Koekemoer.

Går fremad i kosmisk tid, Roman ville opfange yderligere galakser, der eksisterede omkring 800 millioner til 1 milliard år efter big bang. På det tidspunkt, galakser var lige begyndt at gruppere sig i klynger under påvirkning af mørkt stof. Mens forskere har simuleret denne proces med at danne strukturer i stor skala, et romersk ultradybt felt ville give eksempler fra den virkelige verden til at teste disse simuleringer.

Stjernedannelse over kosmisk tid

Det tidlige univers oplevede også en ildstorm af stjernedannelse. Stjerner blev født med hastigheder hundredvis af gange hurtigere end hvad vi ser i dag. I særdeleshed, astronomer er ivrige efter at studere "kosmisk daggry" og "kosmisk middag, "som tilsammen dækker en tid 500 millioner til 3 milliarder år efter big bang, hvor det meste af stjernedannelsen skete, samt hvornår supermassive sorte huller var mest aktive.

"Fordi Romans synsfelt er så stort, det vil ændre spillet. Vi ville være i stand til at prøve ikke kun ét miljø i et snævert synsfelt, men i stedet en række miljøer fanget af Romans store øjne. Dette vil give os en bedre fornemmelse af, hvor og hvornår stjernedannelsen fandt sted, " forklarede Sangeeta Malhotra fra NASA Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Malhotra er medforsker på de romerske videnskabsundersøgelseshold, der arbejder på kosmisk daggry, og har ledet programmer, der laver dyb spektroskopi med Hubble, at lære om fjerne, unge galakser.

Astronomer er ivrige efter at måle stjernedannelseshastigheder i denne fjerne epoke, som kan påvirke en række faktorer, såsom mængden af ​​observerede tunge grundstoffer. Hastigheden for stjernedannelse kan afhænge af, hvorvidt en galakse ligger inden for en stor hob. Roman vil være i stand til at tage svage spektre, der vil vise distinkte "fingeraftryk" af disse elementer, og giver nøjagtige afstande (kaldet rødforskydninger) af galakser.

"Befolkningseksperter kan spørge, hvilke forskelle er der mellem mennesker, der bor i storbyer, i forhold til dem i forstæder, eller landdistrikter? Tilsvarende som astronomer kan vi spørge, lever de mest aktive stjernedannende galakser i meget klyngede områder, eller bare ved kanterne af klynger, eller lever de i isolation?" sagde Malhotra.

Big data og machine learning

En af de største udfordringer ved den romerske mission vil være at lære, hvordan man analyserer overfloden af ​​videnskabelig information i de offentlige datasæt, som den vil producere. I en vis forstand, Roman vil skabe nye muligheder, ikke kun med hensyn til himmeldækning, men også i data mining.

Et romersk ultradybt felt ville indeholde information om millioner af galakser - alt for mange til at blive studeret af forskere én ad gangen. Maskinlæring - en form for kunstig intelligens - vil være nødvendig for at behandle den massive database. Selvom dette er en udfordring, det giver også en mulighed. "Du kunne udforske helt nye spørgsmål, som du ikke tidligere kunne løse, " sagde Koekemoer.

"Det opdagelsespotentiale, som de enorme datasæt fra den romerske mission muliggør, kan føre til gennembrud i vores forståelse af universet, ud over hvad vi måske lige nu forestiller os, " Koekemoer tilføjede. "Det kunne være Romans varige arv for det videnskabelige samfund:ikke kun ved at besvare de videnskabelige spørgsmål, vi tror, ​​vi kan løse, men også nye spørgsmål, som vi endnu mangler at tænke på."