Wie das römische Weltraumteleskop der NASA das Universum zurückdrehen wird

Neue Simulation zeigt wie[{“ attribute=““>NASA’s Nancy Grace Roman Space Telescope will turn back the cosmic clock, unveiling the evolving universe in ways that have never been possible before when it launches by May 2027. With its ability to rapidly image enormous swaths of space, Roman will help us understand how the universe transformed from a primordial sea of charged particles to the intricate network of vast cosmic structures we see today.

“The Hubble and James Webb Space Telescopes are optimized for studying astronomical objects in-depth and up close, so they’re like looking at the universe through pinholes,” said Aaron Yung, a postdoctoral fellow at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, who led the study. “To solve cosmic mysteries on the biggest scales, we need a space telescope that can provide a far larger view. That’s exactly what Roman is designed to do.”

Combining Roman’s large view with Hubble’s broader wavelength coverage and Webb’s more detailed observations will offer a more comprehensive view of the universe.

In dieser simulierten Ansicht des tiefen Universums repräsentiert jeder Punkt eine Galaxie. Die drei kleinen Quadrate zeigen das Sichtfeld von Hubble, wobei jedes eine andere Region des künstlichen Universums enthüllt. Roman wird in der Lage sein, schnell einen Bereich zu scannen, der so groß ist wie das gesamte gezoomte Bild, was uns einen Einblick in die größten Strukturen des Universums geben wird. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA und A. Jung

Die Simulation deckt einen Himmelsstreifen mit einer Größe von zwei Quadratgrad ab, was etwa der zehnfachen scheinbaren Größe des Vollmonds entspricht, der mehr als 5 Millionen Galaxien enthält. Es basiert auf einem gut getesteten Galaxienentstehungsmodell und repräsentiert unser aktuelles Verständnis der Funktionsweise des Universums. Mit hocheffizienter Technologie kann das Team in weniger als einem Tag mehrere zehn Millionen Galaxien simulieren – etwas, das mit herkömmlichen Methoden Jahre dauern würde. Wenn Roman startet und anfängt, echte Daten bereitzustellen, können Wissenschaftler sie mit einer Reihe dieser Simulationen vergleichen und ihre Modelle auf die ultimative Probe stellen. Dies wird dazu beitragen, die Physik der Galaxienbildung, dunkle Materie – eine mysteriöse Substanz, die nur durch Gravitationseffekte beobachtet werden kann – und vieles mehr aufzudecken.

Ein Artikel, der die Ergebnisse beschreibt, wurde in veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society im Dezember 2022.

Kosmisches Netz aufgedeckt

Galaxien und Galaxienhaufen leuchten in Klumpen entlang unsichtbarer Filamente dunkler Materie in einem Wandteppich von der Größe des sichtbaren Universums. Wenn wir diesen Wandteppich weit genug sehen, können wir sehen, dass die großräumige Struktur des Universums wie ein Netz ist, mit Filamenten, die sich über Hunderte von Millionen Lichtjahren erstrecken. Galaxien sind hauptsächlich an den Schnittpunkten der Filamente zu finden, mit riesigen „kosmischen Hohlräumen“ zwischen all den hellen Filamenten.

So sieht das Universum jetzt aus. Aber wenn wir das Universum in der Zeit zurückdrehen könnten, würden wir etwas ganz anderes sehen.

Dieses Bild, das Millionen simulierter Galaxien enthält, die über Raum und Zeit verstreut sind, zeigt Regionen, die Hubble (weiß) und Roman (gelb) mit einer einzigen Aufnahme erfassen könnten. Hubble würde etwa 85 Jahre brauchen, um die gesamte im Bild gezeigte Region in derselben Tiefe zu kartieren, aber Roman schaffte es in nur 63 Tagen. Romans größere Vision und schnelle Scangeschwindigkeiten werden das sich entwickelnde Universum auf nie zuvor mögliche Weise enthüllen. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA und A. Jung

Anstelle von leuchtenden Riesensternen, die über Galaxien verstreut sind, die weiter voneinander entfernt sind, würden wir uns in einem Meer von[{“ attribute=““>plasma (charged particles). This primordial soup was almost completely uniform, but thankfully for us, there were tiny knots. Since those clumps were slightly denser than their surroundings, they had slightly larger gravitational pull.

Over hundreds of millions of years, the clumps drew in more and more material. They grew large enough to form stars, which were gravitationally drawn toward the dark matter that forms the invisible backbone of the universe. Galaxies were born and continued to evolve, and eventually, planetary systems like our own emerged.

In dieser Seitenansicht des simulierten Universums stellt jeder Punkt eine Galaxie dar, deren Größe und Helligkeit ihrer Masse entsprechen. Dias aus verschiedenen Epochen zeigen, wie die Römer das Universum im Laufe der kosmischen Geschichte betrachteten. Astronomen werden solche Beobachtungen nutzen, um herauszufinden, wie die kosmische Evolution zu der netzartigen Struktur geführt hat, die wir heute sehen. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA und A. Jung

Romans Panoramablick wird uns helfen zu sehen, wie das Universum in verschiedenen Phasen aussah, und viele Lücken in unserem Verständnis schließen. Während Astronomen zum Beispiel „Halos“ aus dunkler Materie entdeckt haben, die Galaxien umgeben, sind sie sich nicht sicher, wie sie entstehen. Indem er sieht, wie Gravitationslinsen, die durch dunkle Materie verursacht werden, das Erscheinungsbild entfernter Objekte verzerren, wird Roman uns helfen zu sehen, wie sich Halos im Laufe der kosmischen Zeit entwickelt haben.

„Simulationen wie diese werden entscheidend sein, um beispiellos große Galaxienaufnahmen aus der Römerzeit mit dem unsichtbaren Gerüst aus dunkler Materie zu verbinden, das die Verteilung dieser Galaxien definiert“, sagte Sangeeta Malhotra, Astrophysikerin bei Goddard und einer der Autoren der Veröffentlichung.

Sehen Sie das Gesamtbild

Das Studium solch riesiger kosmischer Strukturen mit anderen Weltraumteleskopen ist nicht praktikabel, da es Hunderte von Jahren an Beobachtungen dauern kann, um genügend Bilder zusammenzusetzen, um sie zu sehen.

„Roman wird die einzigartige Fähigkeit haben, die Tiefe des Hubble Ultra Deep Field zu erreichen, aber es deckt ein Vielfaches mehr Himmelsfläche ab als breite Vermessungen Kerzen scannensagte Jung. „Diese vollständige Ansicht des frühen Universums wird uns helfen zu verstehen, wie repräsentativ die Hubble- und Webb-Schnappschüsse dafür sind, wie es damals war.“

Die Roman Wide View wird auch als Fahrplan dienen, den Hubble und Webb verwenden können, um Bereiche von Interesse zu vergrößern.

Das rumänische Weltraumteleskop ist ein NASA-Observatorium, das entwickelt wurde, um die Geheimnisse der dunklen Energie und dunklen Materie aufzudecken, Exoplaneten zu suchen und abzubilden und viele Themen der Infrarot-Astrophysik zu erforschen. Bildnachweis: NASA

Romans umfassende Himmelsdurchmusterungen werden das Universum tausendmal schneller kartieren können als das Hubble-Teleskop. Dies wäre aufgrund der starren Struktur des Observatoriums, der schnellen Rotationsgeschwindigkeit und des großen Sichtfelds des Teleskops möglich. Die Römer werden sich schnell von einem kosmischen Ziel zum anderen bewegen. Sobald ein neues Ziel erreicht ist, stabilisieren sich die Vibrationen schnell, da möglicherweise schwingende Strukturen wie Solaranlagen an Ort und Stelle gehalten werden.

„Roman wird jedes Jahr etwa 100.000 Bilder machen“, sagte Jeffrey Crook, ein Astrophysiker bei Goddard. „Angesichts des größeren Sichtfelds von Roman würde es länger als unser ganzes Leben dauern, bis selbst leistungsstarke Teleskope wie Hubble oder Webb so viel vom Himmel abdecken könnten.“

Durch die Bereitstellung einer riesigen, klaren Sicht auf kosmische Ökosysteme und die Zusammenarbeit mit Observatorien wie Hubble und Webb wird Roman uns helfen, einige der tiefgreifendsten Geheimnisse der Astrophysik zu lösen.

Referenz: „Semi-Analytic Predictions of Roman – Beginning of a New Era of Deep Surveys of Galaxies“ von LY Aaron Yung, Rachel S. Somerville, Steven L. Finkelstein, Peter Behroozi, Romeel Davé, Henry C. Ferguson, Jonathan P. Gardner, Gergo Popping , Sangeeta Malhotra, Casey Babovich, James E. Rhodes, Michaela P. Bagley, Michaela Hirschman und Anton M. Cockeymore, 8. Dezember 2020, hier verfügbar. Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac3595

Am Goddard Space Flight Center der NASA beaufsichtigt er das römische Weltraumteleskop Nancy Grace in Zusammenarbeit mit dem Jet Propulsion Laboratory der NASA und Caltech/IPAC in Südkalifornien sowie dem Space Telescope Science Institute in Baltimore. Ein vielfältiges Team aus Wissenschaftlern verschiedener Forschungseinrichtungen bildet den Kern des wissenschaftlichen Teams des Projekts. Das Projekt wird von wichtigen Industriepartnern unterstützt, darunter Ball Aerospace and Technologies aus Boulder, Colorado, L3Harris Technologies aus Melbourne, Florida, und Teledyne Scientific & Imaging aus Thousand Oaks, Kalifornien.