NASA’s nieuwe ruimtetelescoop zal het ‘donkere universum’ onthullen

NASA heeft zijn volgende voltooid ruimte observatorium, gebouwd om scherpe, panoramische kaarten van de regio te maken universum terwijl wordt onthuld hoe de meest mysterieuze, onzichtbare substanties en verre werelden de kosmos vormen.

Ongeveer een kwart eeuw nadat de Hubble-telescoop de astronomie een nieuwe vorm gaf, en een paar jaar in het tijdperk van de James Webb-ruimtetelescoopNASA’s Romeinse ruimtetelescoop Nancy Grace zal zich bij hen voegen, niet als vervanger, maar als een grote partner. Waar Hubble en Webb inzoomen voor close-ups, zal Roman Hubble-achtige details vastleggen in gebieden die ongeveer 100 keer groter zijn, waardoor geïsoleerde momentopnamen worden omgezet in ingrijpende onderzoeken die de steigers van het universum laten zien.

In het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland, zijn ingenieurs bezig met het afronden van de prelanceringstests van de geavanceerde telescoop. Vervolgens zal het observatorium 900 mijl reizen naar het Kennedy Space Center in Cape Canaveral, Florida, waar teams het zullen voorbereiden voor de lancering.

Dat zou al in september kunnen gebeuren, ongeveer acht maanden eerder dan gepland, zeiden NASA-managers op een persconferentie op dinsdag 21 april. Eenmaal in de ruimte zal Roman naar een stabiele baan gaan op ongeveer 1 miljoen mijl van de aarde, vlakbij dezelfde regio. waar Webb om de zon draaiten een jarenlange campagne voor deep space-beeldvorming beginnen.

“We wilden niet wachten met de lancering van de Nancy Grace Roman. We liggen acht maanden voor op schema”, zegt Nicky Fox, NASA’s associate administrator of science. “Iedereen voelde de urgentie. Iedereen sprintte hier naartoe.”

De telescoop, genoemd naar Nancy Grace Roman, die het eerste hoofd van de astronomie van het agentschap werd en een van de eerste vrouwelijke leidinggevenden, weerspiegelt een erfenis van het openen van nieuwe vensters op het universum van boven de atmosfeer van de aarde. Bijgenaamd de “moeder van Hubble”, hielp Roman in de jaren zestig met het leggen van de basis voor een hele vloot ruimtetelescopen.

Een brede opname van het donkere universum

De kern van de missie is de tweeënhalve meter brede spiegel van Roman, even groot als die van Hubble, gecombineerd met een krachtige camera die, net als Webb, in infrarood licht kan zien. Het gezichtsveld van die camera is de superkracht van Roman. In één enkele opname kan het enorme delen van de hemel in beeld brengen die Hubble eenvoudigweg niet kan evenaren.

Omdat een ruimtetelescoop slechts één stukje hemel tegelijk kan zien, moet hij veel afzonderlijke ‘richtpunten’ maken (individuele opnamen gericht op iets verschillende plekken) en deze samenvoegen tot een mozaïek.

In 2023 contrasteerde Ami Choi, een astrofysicus en wetenschapper voor de groothoekcamera van Roman, het verschil tussen Hubble en de nieuwe telescoop. Om de te fotograferen AndromedastelselHubble moet 400 kleinere afbeeldingen maken en deze aan elkaar plakken. Voor de camera van Roman zou dat slechts twee keer nodig zijn, zei ze.

Deze brede, scherpe visie is wat wetenschappers nodig hebben om het zogenaamde ‘donkere universum’ te bestuderen. Gewone materie – het materiaal waaruit sterren, planeten en zelfs mensen bestaan ​​– vertegenwoordigt slechts ongeveer 5 procent van de kosmos. Het grootste deel ervan wel donkere materie en donkere energie, die geen licht uitstraalt maar aanwijzingen achterlaat waar ze de uitdijing van de ruimte en de opstelling van sterrenstelsels hebben beïnvloed.

“De huidige waarnemingen duiden erop dat ons standaardmodel van het universum onjuist is”, zegt Julie McHenry, senior projectwetenschapper, verwijzend naar het beste recept van kosmologen voor het universum. ‘Roman zal deze kunnen bevestigen en ons op het pad zetten om te begrijpen wat juist is.’

Roman zal die aanwijzingen op verschillende manieren tegelijk traceren. Door de posities en vormen van honderden miljoenen sterrenstelsels in kaart te brengen, zal het laten zien hoe structuren zijn gegroeid vanaf het vroege universum tot nu. Subtiele vervormingen in de vormen van sterrenstelsels zullen onthullen hoe klontjes onzichtbaar ruimtemateriaal hun licht op weg naar ons afbuigen, waardoor de verborgen donkere materie bloot komt te liggen. Tegelijkertijd zal Roman grote aantallen van een speciaal soort exploderende ster ontdekken en volgen, bekend als Type Ia-supernova’s; Dankzij hun voorspelbare helderheid kunnen astronomen meten hoe snel de ruimte zich in de loop van de tijd heeft uitgebreid.

Alles bij elkaar zullen deze metingen wetenschappers in staat stellen concurrerende ideeën over donkere materie, donkere energie en zelfs de wetten van de zwaartekracht zelf met veel grotere precisie dan ooit tevoren te testen. Andere observatoria kunnen vergelijkbare soorten metingen uitvoeren, maar geen enkele combineert de scherpte van Roman en de hemeldekking in het infrarood, zeggen NASA-missieleiders, waardoor het verder weg gelegen en met stof bedekte sterrenstelsels kan zien.

Een nieuwe telling van verre exoplaneten

Roman’s grote veldmacht maakt hem ook vaardig in exoplaneet jacht. Eerdere missies zoals Kepler en TESS vonden meestal planeten dicht bij hun sterren, waar ze herhaald werden oversteekplaatsen schemeren sterrenlicht in een regelmatig ritme. Roman zal zich concentreren op een ander gebied van planetaire systemen: de koelere, buitenste zones, waar werelden vergelijkbaar met Jupiter en Saturnus zich bevinden. Het kan zelfs gevonden worden dwalende planeten die niet aan sterren zijn vastgebonden.

Om dit te doen zal Roman herhaaldelijk dichte sterrenvelden in de richting van het centrum van onze Melkweg in de gaten houden. Wanneer een voorgrondster voor een verder weg gelegen ster passeert, zal de zwaartekracht het licht van de achtergrondster kortstondig vergroten. Als de voorgrondster planeten draagt, kunnen deze tijdens die opheldering kleinere, veelbetekenende blips produceren. Deze techniek, genaamd microlensingwerkt het beste in precies het soort drukke, zwakke en afgelegen gebieden die Roman naar verwachting zal veroveren.

Optisch ingenieur Bente Eegholm inspecteert de hoofdspiegel van de Nancy Grace Roman Space Telescope.
Krediet: NASA / Chris Gunn

Tijdens zijn missie zal Roman proberen duizenden van deze microlensing-gebeurtenissen vast te leggen, waarbij planeten op afstanden en massa’s worden onthuld die andere onderzoeken meestal missen. Vanaf die afstand zullen astronomen vergelijken de architectuur van ons zonnestelsel met vele anderen en beoordeel of het hebben van innerlijke rotsachtige werelden en buitenste gigantische planeten de status quo is of iets zeldzamer.

Roman zal ook testen een geavanceerde coronagraaf – een systeem van maskers en spiegels dat de schittering van een ster blokkeert, zodat de telescoop kan proberen de zwakke gloed van de planeten eromheen te zien. Voor Roman is dit meer een technologische proef dan een alledaags wetenschappelijk instrument, maar als het werkt, zal het de weg vrijmaken voor een toekomstig observatorium met als hoofddoel het direct in beeld brengen van aardachtige werelden rond andere zonachtige sterren.

“Wat astronomen vandaag de dag met coronagraafinstrumenten kunnen doen, is planeten zien die misschien een miljoen keer zwakker zijn dan hun sterren”, vertelde Vanessa Bailey, de Romeinse coronagraafwetenschapper van NASA, aan Mashable. “Wat we doen met de Romeinse coronagraaf wordt hopelijk 10 miljoen tot 100 miljoen keer zwakker, misschien zelfs een beetje meer, in het beste geval.”

Het universum in beweging vangen

Roman is ook gebouwd om te bestuderen hoe de lucht verandert, waardoor een ware bibliotheek van ‘voor’- en ‘na’-opnamen ontstaat.

Technici monteren de zonnepanelen op de Nancy Grace Roman Space Telescope.
Krediet: NASA/Sydney Rohde

Een van de belangrijkste onderzoeken zal herhaaldelijk gebieden van de hemel op hoge breedtegraden scannen, weg van het vlak van de Melkweg. Door elke paar dagen naar dezelfde velden terug te keren, zal Roman supernova’s opvangen terwijl ze ontbranden en vervagen, kijk maar zwarte gaten lichten op terwijl ze zich voeden met materiaal uit de buurt en andere kortstondige, dramatische gebeurtenissen in het verre universum ontdekken. Zijn infraroodzicht zal explosies en uitbarstingen onthullen die stofwolken verbergen voor telescopen met zichtbaar licht.

Een ander kernprogramma zal naar de centrale uitstulping van de Melkweg staren. Daar zal Roman volgen hoe de helderheid van miljoenen sterren stijgt en daalt op tijdschalen van minuten tot maanden. Deze gegevens zullen niet alleen de zoektocht naar planeten met microlensing ondersteunen, maar ook andere fenomenen blootleggen, zoals neutronensterren en zwarte gaten.

Omdat Roman zulke grote gebieden met fijne details zal bestrijken, zullen de afbeeldingen ook een langdurig referentiemiddel worden. Wanneer andere telescopen later iets vreemds ontdekken: a uitbarsting van hoogenergetische stralingbijvoorbeeld, of een ongewone veranderlijke ster – astronomen zullen in staat zijn eerdere opnamen van Roman te achterhalen en te zien wat er vóór de opwinding was.

“De beelden die het vastlegt zullen zo groot zijn dat er geen scherm bestaat dat groot genoeg is om ze te laten zien”, zegt NASA-beheerder Jared Isaacman. “Roman zal de aarde een nieuwe atlas van het universum geven. Ik denk dat het de moeite waard is om even stil te staan ​​om na te denken over hoe ongelooflijk dat is.”