Jak římský vesmírný dalekohled NASA obrátí vesmír zpět

Nová simulace ukazuje, jak na to[{“ 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.

V tomto pohledu simulovaném hluboký vesmír představuje každý bod galaxii. Tři malé čtverečky ukazují HST zorné pole, z nichž každý odhaluje jinou oblast umělého vesmíru. Roman bude moci rychle naskenovat oblast velkou jako celý zvětšený snímek, což nám umožní nahlédnout do největších struktur vesmíru. Obrazový kredit: Goddard Space Flight Center NASA a A. Mladá

Simulace pokrývá pás oblohy o velikosti dvou čtverečních stupňů, což je asi 10krát větší než zdánlivá velikost Měsíce v úplňku, který obsahuje více než 5 milionů galaxií. Je založen na dobře otestovaném modelu formování galaxií a představuje naše současné chápání toho, jak vesmír funguje. Pomocí vysoce efektivní technologie může tým simulovat desítky milionů galaxií za méně než jeden den – což by při použití konvenčních metod trvalo roky. Když Roman spustí a začne poskytovat skutečná data, vědci je mohou porovnat se sadou těchto simulací a podrobit své modely konečnému testu. To pomůže odhalit fyziku formování galaxií, temnou hmotu – záhadnou látku pozorovanou pouze prostřednictvím gravitačních efektů – a mnoho dalšího.

Publikace popisující výsledky byla zveřejněna v Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti v prosinci 2022.

Cosmic Web Uncovered

Galaxie a kupy galaxií září ve shlucích podél neviditelných vláken temné hmoty v tapisérii o velikosti viditelného vesmíru. S dostatečně širokým pohledem na tuto tapisérii můžeme vidět, že struktura vesmíru ve velkém měřítku je jako síť s vlákny o délce stovek milionů světelných let. Galaxie se nacházejí hlavně v průsečících vláken, s obrovskými „kosmickými dutinami“ mezi všemi jasnými vlákny.

Tak teď vesmír vypadá. Pokud bychom ale dokázali vrátit vesmír zpět v čase, viděli bychom něco úplně jiného.

Místo zářících obřích hvězd rozptýlených po galaxiích, které jsou od sebe vzdálenější, bychom se ocitli ponořeni do moře[{“ 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.

V tomto bočním pohledu na simulovaný vesmír představuje každý bod galaxii, jejíž velikost a jasnost odpovídá její hmotnosti. Snímky z různých období ukazují, jak Římané viděli vesmír v průběhu kosmické historie. Astronomové využijí tato pozorování k tomu, aby dali dohromady, jak kosmická evoluce vedla ke struktuře podobné síti, kterou dnes vidíme. Obrazový kredit: Goddard Space Flight Center NASA a A. Mladá

Romanův panoramatický pohled nám pomůže vidět, jak vesmír vypadal v různých fázích, a zaplní mnoho mezer v našem chápání. Zatímco například astronomové detekovali „halo“ temné hmoty, která obklopuje galaxie, nejsou si jisti, jak se tvoří. Tím, že uvidíme, jak gravitační čočka způsobená temnou hmotou narušuje vzhled vzdálených objektů, nám Roman pomůže vidět, jak se svatozáře vyvíjely v kosmickém čase.

„Simulace, jako je tato, budou klíčové pro propojení bezprecedentně velkých průzkumů galaxií z římských dob s neviditelným lešením temné hmoty, které definuje rozložení těchto galaxií,“ řekla Sangeeta Malhotra, astrofyzika v Goddardu a jedna z autorů článku.

Viz větší obrázek

Studium tak rozsáhlých kosmických struktur s jinými vesmírnými teleskopy není praktické, protože může trvat stovky let pozorování, než seskládají dostatečné snímky, abyste je viděli.

„Roman bude mít jedinečnou schopnost odpovídat hloubce HST Ultra Deep Field, ale pokrývá mnohonásobně větší plochu oblohy než široké průzkumy, jako je např. Scan Candlesřekl Young. „Tento úplný pohled na raný vesmír nám pomůže pochopit, jak reprezentativní jsou snímky z HST a Webba pro to, jak to v té době vypadalo.“

Roman Wide View bude také sloužit jako cestovní mapa, kterou mohou Hubble a Webb použít k přiblížení oblastí zájmu.

Romanovy komplexní průzkumy oblohy budou schopny zmapovat vesmír tisíckrát rychleji než Hubbleův teleskop. To by bylo možné díky tuhé konstrukci observatoře, vysoké rychlosti otáčení a velkému zornému poli dalekohledu. Římané se rychle přesunou od jednoho kosmického cíle k druhému. Jakmile je získán nový cíl, vibrace se rychle stabilizují, protože potenciálně oscilující struktury, jako jsou solární pole, jsou drženy na místě.

„Roman pořídí asi 100 000 snímků každý rok,“ řekl Jeffrey Crook, astrofyzik z Goddardu. „Vzhledem k Romanovu většímu zornému poli by trvalo i tak výkonným dalekohledům, jako je Hubble nebo Webb, déle než je naše životnost, aby pokryly co největší část oblohy.“

Poskytnutím obřího jasného pohledu na vesmírné ekosystémy a spoluprací s observatořemi, jako je Hubble a Webb, nám Roman pomůže vyřešit některé z nejhlubších záhad astrofyziky.

Reference: „Semi-analytické předpovědi Romana – Začátek nové éry hloubkových průzkumů galaxií“ od 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 a Anton M Cockeymore, 8. prosince 2020, k dispozici zde. Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti.
DOI: 10.1093/mnras/stac3595

V Goddard Space Flight Center NASA dohlíží na Nancy Grace Roman Space Telescope ve spolupráci s NASA Jet Propulsion Laboratory a Caltech/IPAC v jižní Kalifornii, stejně jako Space Telescope Science Institute v Baltimoru. Základ vědeckého týmu projektu tvoří různorodý tým vědců z různých výzkumných institucí. Projekt podporují hlavní průmysloví partneři, včetně Ball Aerospace and Technologies of Boulder, Colorado, L3Harris Technologies of Melbourne, Florida a Teledyne Scientific & Imaging of Thousand Oaks, California.