Как римский космический телескоп НАСА повернет Вселенную вспять

Новое моделирование показывает, как[{» 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.

В этом смоделированном представлении глубокой вселенной каждая точка представляет собой галактику. Три маленьких квадрата показывают поле зрения Хаббла, каждый из которых показывает разные области искусственной вселенной. Роман сможет быстро сканировать область размером с все увеличенное изображение, что даст нам представление о крупнейших структурах Вселенной. Изображение предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА и А. Молодой

Моделирование охватывает участок неба размером в два квадратных градуса, что примерно в 10 раз превышает видимый размер полной Луны, которая содержит более 5 миллионов галактик. Он основан на хорошо проверенной модели формирования галактик и отражает наше текущее понимание того, как устроена Вселенная. Используя высокоэффективную технологию, команда может смоделировать десятки миллионов галактик менее чем за день — на это ушли бы годы при использовании обычных методов. Когда Роман запускает и начинает предоставлять реальные данные, ученые могут сравнить их с набором этих симуляций и подвергнуть свои модели окончательной проверке. Это поможет раскрыть физику образования галактик, темную материю — таинственную субстанцию, наблюдаемую только благодаря гравитационным эффектам — и многое другое.

Статья с описанием результатов опубликована в Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества в декабре 2022 года.

Космическая паутина раскрыта

Галактики и скопления галактик светятся сгустками вдоль невидимых нитей темной материи в виде гобелена размером с видимую Вселенную. При достаточно широком взгляде на этот гобелен мы можем увидеть, что крупномасштабная структура Вселенной подобна паутине с нитями, охватывающими сотни миллионов световых лет. Галактики в основном находятся на пересечениях нитей с обширными «космическими пустотами» между всеми яркими нитями.

Вот так сейчас выглядит Вселенная. Но если бы мы могли повернуть вселенную назад во времени, мы бы увидели нечто совершенно другое.

На этом изображении, содержащем миллионы смоделированных галактик, разбросанных в пространстве и времени, показаны области, которые Хаббл (белый) и Роман (желтый) смогли запечатлеть одним снимком. Хабблу потребовалось бы около 85 лет, чтобы нанести на карту всю область, показанную на изображении, на той же глубине, но Роман смог сделать это всего за 63 дня. Лучшее видение Романа и высокая скорость сканирования откроют эволюционирующую вселенную так, как никогда раньше. Изображение предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА и А. Молодой

Вместо светящихся гигантских звезд, разбросанных по галактикам, удаленным друг от друга на большие расстояния, мы окажемся погруженными в море[{» 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.

В этом виде сбоку смоделированной Вселенной каждая точка представляет собой галактику, размер и яркость которой соответствуют ее массе. Слайды из разных эпох показывают, как римляне смотрели на вселенную на протяжении всей космической истории. Астрономы будут использовать такие наблюдения, чтобы собрать воедино то, как космическая эволюция привела к паутинообразной структуре, которую мы видим сегодня. Изображение предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА и А. Молодой

Панорамный вид Романа поможет нам увидеть, как выглядела Вселенная в разные фазы, и заполнить многие пробелы в нашем понимании. Например, хотя астрономы обнаружили «ореолы» темной материи, окружающие галактики, они не уверены, как они формируются. Увидев, как гравитационное линзирование, вызванное темной материей, искажает внешний вид удаленных объектов, Роман поможет нам понять, как гало эволюционировали в космическом времени.

«Подобные симуляции будут иметь решающее значение для соединения беспрецедентно больших обзоров галактик времен Римской империи с невидимыми лесами темной материи, которая определяет распределение этих галактик», — сказала Сангита Малхотра, астрофизик Годдарда и один из авторов статьи.

Увидеть большую картину

Изучение таких огромных космических структур с помощью других космических телескопов нецелесообразно, потому что могут потребоваться сотни лет наблюдений, чтобы собрать воедино достаточно изображений, чтобы их можно было увидеть.

«Роман будет обладать уникальной способностью соответствовать глубине сверхглубокого поля Хаббла, но он покрывает во много раз большую площадь неба, чем такие широкие обзоры, как Скан свечи— сказал Янг. «Это полное представление о ранней Вселенной поможет нам понять, насколько репрезентативны снимки Хаббла и Уэбба того, что было в то время».

Roman Wide View также послужит дорожной картой, которую Хаббл и Уэбб могут использовать для увеличения интересующих областей.

Румынский космический телескоп — это обсерватория НАСА, предназначенная для раскрытия тайн темной энергии и темной материи, поиска и изображения экзопланет, а также изучения многих тем инфракрасной астрофизики. Кредит: НАСА

Всеобъемлющие обзоры неба Романа смогут составить карту Вселенной в тысячу раз быстрее, чем телескоп Хаббл. Это было бы возможно из-за жесткой конструкции обсерватории, высокой скорости вращения и большого поля зрения телескопа. Римляне быстро перейдут от одной космической цели к другой. Как только будет получена новая цель, вибрации быстро стабилизируются, потому что потенциально колеблющиеся конструкции, такие как солнечные батареи, удерживаются на месте.

«Роман будет делать около 100 000 снимков в год», — сказал Джеффри Крук, астрофизик Годдарда. «Учитывая большее поле зрения Романа, даже таким мощным телескопам, как «Хаббл» или «Уэбб», потребуется больше времени, чем наша жизнь, чтобы охватить столько же неба».

Предоставляя гигантское четкое представление о космических экосистемах и сотрудничая с такими обсерваториями, как Хаббл и Уэбб, Роман поможет нам разгадать некоторые из самых глубоких загадок астрофизики.

Ссылка: «Полуаналитические предсказания Романа — начало новой эры глубоких исследований галактик» Л. А. Аарона Юнга, Рэйчел С. Сомервиль, Стивена Л. Финкельштейна, Питера Бехрузи, Ромела Дэве, Генри К. Фергюсона, Джонатана П. Гарднера, Герго Поппинга. , Сангита Малхотра, Кейси Бабович, Джеймс Э. Роудс, Микаэла П. Бэгли, Микаэла Хиршман и Антон М. Кокимор, 8 декабря 2020 г., доступно здесь. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.
DOI: 10.1093/mnras/stac3595

В Центре космических полетов имени Годдарда НАСА он наблюдает за римским космическим телескопом Нэнси Грейс в сотрудничестве с Лабораторией реактивного движения НАСА и Калифорнийским технологическим институтом/IPAC в Южной Калифорнии, а также с Научным институтом космического телескопа в Балтиморе. Разнообразная команда ученых из различных научно-исследовательских учреждений составляет ядро ​​научной группы проекта. Проект поддерживается крупными отраслевыми партнерами, включая Ball Aerospace and Technologies из Боулдера, Колорадо, L3Harris Technologies из Мельбурна, Флорида, и Teledyne Scientific & Imaging из Таузенд-Оукс, Калифорния.