En ny forståelse af galakseudviklingen med NASAs romerske rumteleskop

Når NASAs Nancy Grace Roman Space Telescope opsendes i midten af ​​2020'erne, det vil revolutionere astronomi ved at give et panoramisk synsfelt, der er mindst 100 gange større end Hubbles ved lignende billedskarphed, eller opløsning. Det romerske rumteleskop vil undersøge himlen op til tusindvis af gange hurtigere, end det kan gøres med Hubble. Denne kombination af bredt felt, høj opløsning, og en effektiv undersøgelsestilgang lover nye forståelser på mange områder, især i hvordan galakser dannes og udvikler sig over kosmisk tid. Hvordan samlede de største strukturer i universet sig? Hvordan kom vores Mælkevejsgalakse til i sin nuværende form? Disse er blandt de spørgsmål, som Roman vil hjælpe med at besvare.

Galakser er konglomerationer af stjerner, gas, støv, og mørkt stof. Den største kan spænde over hundredtusindvis af lysår. Mange samles i klynger, der indeholder hundredvis af galakser, mens andre er relativt isolerede.

Hvordan galakser ændrer sig over tid afhænger af mange faktorer:f.eks. deres historie om stjernedannelse, hvor hurtigt de dannede stjerner over tid, og hvordan hver generation af stjerner påvirkede den næste gennem supernovaeksplosioner og stjernevinde. For at drille disse detaljer ud, astronomer skal studere et stort antal galakser.

"Roman vil give os evnen til at se svage objekter og se galakser over lange intervaller af kosmisk tid. Det vil give os mulighed for at studere, hvordan galakser samledes og transformeredes, " sagde Swara Ravindranath, en astronom ved Space Telescope Science Institute (STScI) i Baltimore, Maryland.

Mens bredfeltsbilleddannelse vil være vigtig for galaksestudier, lige så vigtige er Romans spektroskopiske evner. En spektrograf tager lys fra et objekt og spreder det til en regnbue af farver kendt som et spektrum. Fra denne række af farver, astronomer kan få mange detaljer, som ellers ikke er tilgængelige, som et objekts afstand eller komposition. Romans evne til at give et spektrum af ethvert objekt inden for synsfeltet, kombineret med romersk billeddannelse, vil gøre det muligt for astronomer at lære mere om universet end fra enten billeddannelse eller spektroskopi alene.

Afsløre hvornår og hvor stjerner blev født

Galakser danner ikke stjerner med en konstant hastighed. De accelererer og bremser - danner flere eller færre stjerner - under indflydelse af en række faktorer, fra kollisioner og fusioner til supernova-chokbølger og galakseskalavinde drevet af supermassive sorte huller.

Ved at studere en galakses spektrum i detaljer, astronomer kan udforske historien om stjernedannelse. "Ved at bruge Roman kan vi estimere, hvor hurtige galakser laver stjerner og finde de mest produktive galakser, der producerer stjerner med en enorm hastighed. Endnu vigtigere, vi kan ikke kun finde ud af, hvad der sker i en galakse i det øjeblik, vi observerer den, men hvad dens historie har været, " sagde Lee Armus, en astronom ved IPAC/Caltech i Pasadena, Californien.

Nogle tidlige galakser fødte stjerner meget hurtigt i kort tid, kun for at ophøre med at danne stjerner overraskende tidligt i universets historie, undergår en hurtig overgang fra livlig til "død".

"Vi ved, at galakser lukker for stjernedannelse, men vi ved ikke hvorfor. Med Romans brede synsfelt, vi har en bedre chance for at fange disse galakser på akt, " sagde Kate Whitaker, en astronom ved University of Massachusetts i Amherst.

Udvidelse af det kosmiske web

Selvom galakserne selv er vokset over tid, de har også samlet sig i grupper for at danne indviklede strukturer milliarder af lysår på tværs. Galakser har en tendens til at samle sig i bobler, ark, og filamenter, skabe et stort kosmisk web. Ved at kombinere billeddannelse i høj opløsning, som giver en galakse position på himlen, med spektroskopi, som giver afstand, astronomer kan kortlægge dette net i tre dimensioner og lære om universets struktur i stor skala.

Udvidelsen af ​​universet strækker lyset fra fjerne galakser til længere, rødere bølgelængder - et fænomen kaldet rødforskydning. Jo fjernere en galakse er, jo større er dens rødforskydning. Romans infrarøde detektorer er ideelle til at fange lys fra disse galakser. Fjernere galakser er også svagere og sværere at få øje på. Kombinerer dette med det faktum, at nogle galaksetyper er sjældne, du skal søge et større område af himlen med et mere følsomt observatorium for at finde de objekter, der ofte har de mest interessante historier at fortælle.

"Lige nu, med teleskoper som Hubble kan vi prøve snesevis af galakser med høj rødforskydning. med Roman, vi vil være i stand til at prøve tusindvis, " forklarede Russell Ryan, en astronom ved STScI.

Søger det ukendte

Mens astronomer kan forudse mange af opdagelserne af det romerske rumteleskop, måske mest spændende er muligheden for at finde ting, som ingen kunne have forudset. Typiske højopløsningsobservationer fra rumbaserede observatorier som Hubble, målrette specifikke objekter til detaljeret undersøgelse. Romans undersøgelsestilgang vil kaste et bredt net, derved åbner et nyt "opdagelsesrum".

"Roman vil udmærke sig i ukendte ukendte. Det vil helt sikkert finde sjældne, eksotiske ting, som vi ikke forventer, " sagde Ryan.

"Romans kombinerede billeddannelses- og spektroskopiundersøgelser vil samle de 'guldklumper', som vi ellers aldrig ville have udvundet, " tilføjede Ravindranath.