宇宙时间倒流?罗曼太空望远镜星系模拟

主导这项模拟实验的是NASA戈达德太空飞行中心的博士后AaronYung,她说:"哈勃太空望远镜和詹姆斯-韦伯太空望远镜是为了深入和近距离研究天体而设计的,所以它们就像通过针孔观察宇宙。而为了在更大的尺度上解开宇宙之谜,我们需要一个能够提供更大视野的太空望远镜。这正是罗曼所要做的。"

Credits:NASA'sGoddardSpaceFlightCenterandA.Yung,在这个宇宙深处的模拟视图中,每个点代表一个星系。三个小方块代表哈勃的观测视野,每个方块都揭示了模拟宇宙的一个不同区域。罗曼望远镜能够快速勘测一整个空间区域,这将使我们能够从大尺度视角观测宇宙结构。

我们将发现自己被淹没在等离子体(带电粒子)的海洋中,而不是巨大炽热的恒星稀松地散布在各个星系中,每个星系之间的距离无比遥远。原始的粒子海洋几乎是完全均匀的,唯独其中的某些结点,由于这些结点比它们周围的环境密度稍大,它们的引力也稍大。几亿年过去,这些节点吸收了越来越多的物质。它们变得足够大,形成了恒星,这些恒星受到宇宙中大量存在的暗物质的引力吸引,星系诞生并继续演化,最终像我们这样的行星系统出现了。

Credits:NASA'sGoddardSpaceFlightCenterandA.Yung,在这个模拟宇宙的侧视图中,每个点代表一个星系,其大小和亮度与它的质量相对应。来自不同时代的切片说明了罗曼将能够在整个宇宙历史中观察宇宙。天文学家将利用这样的观察来拼凑宇宙演化如何导致我们今天看到的网状结构。

NancyGraceRomanSpaceTelescope

南希-格雷斯-罗曼太空望远镜(Nancy-Grace-RomanSpaceTelescope)是NASA的一个空间观测站,预计将于2026年10月发射(不晚于2027年5月),旨在解决暗能量、系外行星和红外天体物理学领域的基本问题。罗曼望远镜的前身是广域红外测量望远镜(WFIRST,Wide-FieldInfraredSurveyTelescope),2010年它被美国国家科学研究委员会十年巡天委员会列为未来十年天文领域的最高优先级项目。2016年2月17日,WFIRST被NASA正式立项。2020年5月20日该项目被重命名为南希-格雷斯-罗曼太空望远镜,以表彰被誉为“哈勃之母”的NancyGraceRoman(1925-2018)在天文学领域的贡献。

NancyGraceRoman,站在NASA戈达德太空飞行中心哈勃望远镜的1/6比例模型前,被许多人称为"哈勃之母",因为她在项目规划和项目结构中发挥了基础性作用,为罗曼太空望远镜等其他项目铺平了道路

罗曼太空望远镜的主镜直径为2.4米,与哈勃太空望远镜的主镜大小相同,但前者的焦距比后者的焦距短的多,即意味着罗曼的视野比哈勃的视野大得多:哈勃上的相机要拍摄一两百次才可以拍完的天区,罗曼上的相机一次就可以拍完。

罗曼太空望远镜的主要仪器有两个,即宽视场仪器(WFI,WideFieldInstrucment)和日冕仪(CGI,CoronagraphInstrucment)。宽视场仪器是罗曼上面用来进行大范围观测的设备,它的照相机单次观测范围是0.281平方度,相当于满月在天空中占据的大小,是哈勃第三代宽场照相机(WFC3)的红外通道单次观测范围的约200倍,是哈勃高级巡天照相机(ACS)单次观测范围的约100倍。作为主要仪器,宽视场仪器将在任务期间测量来自10亿个星系的光线。它将对银河系内部进行微透镜调查,以发现约2600颗系外行星。

Credit:NASA

Credit:GSFC

鹰状星云,罗曼望远镜和哈勃望远镜的观测范围对比

另一个仪器日冕仪将对附近的个别系外行星进行高对比度成像和光谱分析。通过采用先进的“主动波前控制(activewavefrontcontrol)“技术,可以大幅阻挡恒星的光线以达到直接对系外行星进行成像的目的,从而可以观测到更多更暗的行星,它可以看到比其恒星暗淡近10亿倍的行星。

该技术将使罗曼望远镜能够观察位于恒星宜居区的岩质行星——在这个轨道距离范围内,行星的表面可能存在液态水。研究与地球相似的系外行星的物理特性,将使我们离发现宜居行星的目标更近一步。

PhotofromNASA

罗曼望远镜日冕仪安装位置示意模拟图

罗曼太空望远镜的主要科学任务可以划分为以下五个领域:暗能量、暗物质、系外行星、近红外天体物理学和“一般观察者计划(GeneralObserverProgram)”。

暗能量

暗物质

Credit:KIPAC/Stanford[high-res]

这个可视化模拟图显示了暗物质(蓝灰色的线)如何为普通物质(亮点)提供框架,使其建立起大质量宇宙结构,如星系和星系团

系外行星

罗曼配备的日冕仪采用先进的星光抑制技术,使其成为未来太空望远镜任务的探路者,这些任务旨在直接拍摄可居住的、类似地球的系外行星。如果罗曼日冕仪能够达到符合要求的性能水准,它将可能拍摄出有史以来第一张在反射星光中看到的气态巨型系外行星的图像。罗曼日冕仪还将在散射光中对附近恒星周围的环形碎片盘进行成像,这些碎片盘含有行星如何形成和演变的线索。

近红外天体物理学

一个z=9.6的候选星系,被前景星团MACSJ1149+2223(z=0.54)放大了约15倍。该天体是在使用WFC3IR相机进行的HST观测中发现的(Zheng等人,2012)。这个年轻的天体是在宇宙只有大约5亿年的时候看到的。

一般观察者计划

罗曼望远镜将支持基于社区的观测计划,称为一般观察者计划。虽然罗曼的主要任务是暗能量计划和勘测系外行星,但通过一般观察者计划进行的额外调查能够极大地扩展科研任务的科学回报。一般观察者计划将按照哈勃望远镜的传统为天体物理学的许多领域提供广泛的支持,在规定的五年任务执行期结束后的延长期中,一般观察者计划甚至可能成为任务的主导部分。

罗曼望远镜的普通观察者计划将成为天文界的一个重要工具。所有罗曼的数据在处理和交付给档案馆后将立即公开。同时,通过竞争性计划提交提案,世界各地的科学家将能够利用该观测站以他们自己的方式研究宇宙,不论是邻近的系外行星还是亿万光年外的遥远星系团。

"Weunderstandourselvesasoneofthemanybranchesofscientificresearch,listeningtoscientistsandprovidingthemwithwhattheyneedtoachievetheirgoals.Manyofourprojectsarerequestsfromtheastronomicalcommunity,whichweturnintoready-to-buyproducts."

THE END
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