Nye briller til at uddybe visningen af ​​NASAs romerske rumteleskop

NASAs Nancy Grace Roman Space Telescope vil være i stand til at udforske endnu flere kosmiske spørgsmål, takket være et nyt nær-infrarødt filter. Opgraderingen vil give observatoriet mulighed for at se længere bølgelængder af lys, åbner op for spændende nye muligheder for opdagelser fra kanten af ​​vores solsystem til de fjerneste dele af rummet.

"Det er utroligt, at vi kan foretage en så virkningsfuld ændring af missionen, efter at alle de primære komponenter allerede har bestået deres kritiske designgennemgange, " sagde Julie McEnery, seniorprojektforsker fra Roman Space Telescope ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Ved brug af det nye filter, vi vil være i stand til at se hele det infrarøde område, som teleskopet er i stand til at se, så vi maksimerer den videnskab, Roman kan gøre."

Med det nye filter, Romans bølgelængdedækning af synligt og infrarødt lys vil spænde over 0,5 til 2,3 mikron – en stigning på 20 % i forhold til missionens oprindelige design. Denne rækkevidde vil også muliggøre mere samarbejde med NASAs andre store observatorier, som hver har sin egen måde at betragte kosmos på. Hubble-rumteleskopet kan se fra 0,2 til 1,7 mikron, som gør det muligt for den at observere universet i ultraviolet til nær-infrarødt lys. James Webb rumteleskopet, lanceres i oktober, vil se fra 0,6 til 28 mikron, gør det muligt for den at se nær-infrarød, mellem-infrarød, og en lille mængde synligt lys. Romans forbedrede rækkevidde af bølgelængder, sammen med dets meget større synsfelt, vil afsløre flere interessante mål for Hubble og Webb at følge op på for detaljerede observationer.

Udvider Romans muligheder til at omfatte meget af det nær-infrarøde K-bånd, som strækker sig fra 2,0 til 2,4 mikron, vil hjælpe os med at kigge længere hen over rummet, sondere dybere ind i støvede områder, og se flere typer objekter. Romans gennemgribende kosmiske undersøgelser vil afsløre utallige himmellegemer og fænomener, som ellers ville være svære eller umulige at finde.

"En tilsyneladende lille ændring i bølgelængdeområdet har en enorm effekt, " sagde George Helou, direktør for IPAC hos Caltech i Pasadena, Californien, og en af ​​fortalere for ændringen. "Roman vil se ting, der er 100 gange svagere end de bedste jordbaserede K-bånd undersøgelser kan se på grund af fordelene ved plads til infrarød astronomi. Det er umuligt at forudsige alle de mysterier, Roman vil hjælpe med at løse ved at bruge dette filter."

Skatte i vores kosmiske baghave

Mens missionen er optimeret til at udforske mørk energi og exoplaneter – planeter hinsides vores solsystem – vil dens enorme synsfelt også fange trove af andre kosmiske vidundere.

Roman vil udmærke sig ved at opdage de utallige små, mørke kroppe placeret i udkanten af ​​vores solsystem, ud over Neptuns bane. Ved at bruge dets forbedrede syn, missionen vil nu være i stand til at afsøge disse kroppe for vandis.

denne region, kendt som Kuiperbæltet, indeholder resterne af en urskive af iskolde kroppe, der blev tilbage fra dannelsen af ​​solsystemet. Mange af disse kosmiske fossiler er stort set uændrede, siden de blev dannet for milliarder af år siden. At studere dem giver et vindue ind i solsystemets tidlige dage.

De fleste af Kuiperbæltets oprindelige indbyggere er der ikke længere. Mange blev smidt ud i det interstellare rum, da solsystemet tog form. Andre blev til sidst sendt mod det indre solsystem, bliver til kometer. Ind imellem krydsede deres nye stier Jordens kredsløb.

Forskere tror, ​​at ældgamle kometnedslag leverede i det mindste noget af Jordens vand, men de er ikke sikre på hvor meget. En optælling af vandisen på kroppe i det ydre solsystem kunne give værdifulde spor.

Løftende slør af støv

Selvom det er lidt kontraintuitivt, vores Mælkevejsgalakse kan være en af ​​de sværeste galakser at studere. Når vi kigger gennem Mælkevejens plan, mange objekter er indhyllet af skyer af støv og gas, der driver ind mellem stjerner.

Støv spreder og absorberer synligt lys, fordi partiklerne har samme størrelse eller endda større end lysets bølgelængde. Da infrarødt lys rejser i længere bølger, det kan lettere passere gennem støvskyer.

At se rummet i infrarødt lys gør det muligt for astronomer at gennembore disige områder, afsløre ting, de ellers ikke ville være i stand til at se. Med Romans nye filter, observatoriet vil nu være i stand til at kigge gennem støvskyer op til tre gange tykkere, end det kunne som oprindeligt designet, som vil hjælpe os med at studere Mælkevejens struktur.

Missionen vil opdage stjerner, der ligger i og uden for vores galakses centrale hub, som er tæt pakket med stjerner og affald. Ved at estimere, hvor langt væk stjernerne er, videnskabsmænd vil være i stand til at sammensætte et bedre billede af vores hjemmegalakse.

Romans udvidede syn vil også hjælpe os med at lære endnu mere om brune dværge - genstande, der ikke er massive nok til at gennemgå kernefusion i deres kerne som stjerner. Missionen vil finde disse "mislykkede stjerner" nær galaksens hjerte, hvor katastrofale hændelser som supernovaer forekommer oftere.

Astronomer tror, ​​at denne placering kan påvirke, hvordan stjerner og planeter dannes, da eksploderende stjerner besidder deres omgivelser med nye elementer, når de dør. Ved at bruge det nye filter, missionen vil være i stand til at karakterisere brune dværge ved at sondere deres sammensætning. Dette kunne hjælpe os med at identificere forskelle mellem objekter nær galaksens hjerte og ude i spiralarmene.

Kigger ud over rummet

Hvis vi ønsker at se de mest fjerntliggende objekter i rummet, vi har brug for et infrarødt teleskop. Mens lys rejser gennem det ekspanderende univers, det strækker sig til længere bølgelængder. Jo længere den rejser, før den når os, jo mere udvidede bliver dens bølgelængder. UV-lys strækker sig til synlige lysbølgelængder, og så strækker synligt lys sig til infrarødt.

Ved at udvide Romans syn endnu længere ind i det infrarøde, missionen vil kunne se tilbage til dengang universet var mindre end 300 millioner år gammelt, eller omkring 2% af dens nuværende alder på 13,8 milliarder år. At udforske sådanne fjerne områder af rummet kunne hjælpe os med at forstå, hvornår stjerner og galakser først begyndte at dannes.

Oprindelsen af ​​galakser er stadig et mysterium, fordi de første objekter, der blev dannet, er ekstremt svage og spredte sig tyndt over himlen. Romans nye filter, kombineret med teleskopets brede synsfelt og dets følsomme kamera, kunne hjælpe os med at finde nok førstegenerationsgalakser til at forstå befolkningen som helhed. Derefter kan astronomer vælge primære mål til missioner som James Webb Space Telescope for at zoome ind for mere detaljerede opfølgende observationer.

Det nye filter kunne også give en anden måde at fastgøre Hubble-konstanten på, et tal, der beskriver, hvor hurtigt universet udvider sig. Det har for nylig vakt debat blandt astronomer, fordi forskellige resultater har fremkommet forskellige målinger.

Astronomer bruger ofte en bestemt type stjerne kaldet Cepheid-variable til at hjælpe med at bestemme ekspansionshastigheden. Disse stjerner lysner og dæmpes med jævne mellemrum, og i begyndelsen af ​​1900-tallet bemærkede den amerikanske astronom Henrietta Leavitt et forhold mellem en Cepheides lysstyrke - dvs. dens gennemsnitlige iboende lysstyrke - og cyklussens længde.

Når astronomer opdager cepheider i fjerntliggende galakser, de kan bestemme nøjagtige afstande ved at sammenligne de faktiske, stjernernes iboende lysstyrke til deres tilsyneladende lysstyrke fra Jorden. Så kan astronomer måle, hvor hurtigt universet udvider sig, ved at se, hvor hurtigt galakser på forskellige afstande bevæger sig væk.

En anden type stjerne, kaldet RR Lyrae variabler, har et lignende forhold mellem deres faktiske lysstyrke og den tid, det tager at blive lysere, svag, og lysne op igen. De er svagere end cepheider, og deres periode-lysstyrke-forhold kan ikke let bestemmes i de fleste bølgelængder af lys, men Roman vil være i stand til at studere dem ved hjælp af sit nye filter. At observere RR Lyrae og Cepheid-stjerner i infrarødt lys for at bestemme afstande til andre galakser kan hjælpe med at opklare nyligt afslørede uoverensstemmelser i vores målinger af universets ekspansionshastighed.

"At forbedre Romans vision længere ind i det infrarøde giver astronomer et kraftfuldt nyt værktøj til at udforske vores univers, " sagde McEnery. "Ved at bruge det nye filter vil vi gøre opdagelser over et stort område, fra fjerne galakser hele vejen til vores lokale kvarter."