Come il telescopio spaziale romano della NASA riporterà indietro l’universo

La nuova simulazione mostra come[{” 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 questa visione simulata dell’universo profondo, ogni punto rappresenta una galassia. I tre quadratini mostrano il campo visivo di Hubble, ognuno dei quali rivela una regione diversa dell’universo artificiale. Roman sarà in grado di scansionare rapidamente un’area grande quanto l’intera immagine ingrandita, che ci darà uno sguardo alle strutture più grandi dell’universo. Credito immagine: Goddard Space Flight Center della NASA e A. Giovane

La simulazione copre una fascia di cielo di due gradi quadrati, che è circa 10 volte la dimensione apparente della luna piena, che contiene più di 5 milioni di galassie. Si basa su un modello di formazione delle galassie ben collaudato e rappresenta la nostra attuale comprensione di come funziona l’universo. Utilizzando una tecnologia altamente efficiente, il team può simulare decine di milioni di galassie in meno di un giorno, cosa che richiederebbe anni con metodi convenzionali. Quando Roman viene lanciato e inizia a fornire dati reali, gli scienziati possono confrontarli con una serie di queste simulazioni e mettere alla prova i loro modelli. Questo aiuterà a rivelare la fisica della formazione delle galassie, la materia oscura – una sostanza misteriosa osservata solo attraverso gli effetti gravitazionali – e molto altro.

Un documento che descrive i risultati è stato pubblicato in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society nel dicembre 2022.

Ragnatela cosmica scoperta

Galassie e ammassi di galassie brillano in gruppi lungo filamenti invisibili di materia oscura in un arazzo delle dimensioni dell’universo visibile. Con una visione sufficientemente ampia di questo arazzo, possiamo vedere che la struttura su larga scala dell’universo è come una rete, con filamenti che si estendono per centinaia di milioni di anni luce. Le galassie si trovano principalmente alle intersezioni dei filamenti, con vasti “vuoti cosmici” tra tutti i filamenti luminosi.

Ecco come appare l’universo adesso. Ma se potessimo riportare l’universo indietro nel tempo, vedremmo qualcosa di completamente diverso.

Questa immagine, che contiene milioni di galassie simulate sparse nello spazio e nel tempo, mostra regioni che Hubble (bianco) e Roman (giallo) potrebbero catturare in un singolo scatto. Hubble impiegherebbe circa 85 anni per mappare l’intera regione mostrata nell’immagine alla stessa profondità, ma Roman potrebbe farlo in soli 63 giorni. La visione più ampia e l’elevata velocità di scansione di Roman riveleranno l’universo in evoluzione in modi mai visti prima. Credito immagine: Goddard Space Flight Center della NASA e A. Giovane

Invece di stelle giganti incandescenti sparse in galassie a distanze maggiori, ci ritroveremmo immersi in un mare di[{” 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 questa vista laterale dell’universo simulato, ogni punto rappresenta una galassia le cui dimensioni e luminosità corrispondono alla sua massa. Le diapositive di epoche diverse mostrano come i romani avrebbero visto l’universo nel corso della storia cosmica. Gli astronomi useranno tali osservazioni per ricostruire come l’evoluzione cosmica abbia portato alla struttura simile a una rete che vediamo oggi. Credito immagine: Goddard Space Flight Center della NASA e A. Giovane

La vista panoramica di Roman ci aiuterà a vedere com’era l’universo nelle diverse fasi e a colmare molte lacune nella nostra comprensione. Ad esempio, mentre gli astronomi hanno rilevato “aloni” di materia oscura che circondano le galassie, non sono sicuri di come si formino. Vedendo come la lente gravitazionale causata dalla materia oscura distorce l’aspetto di oggetti distanti, Roman ci aiuterà a vedere come gli aloni si sono evoluti nel tempo cosmico.

“Simulazioni come questa saranno cruciali per collegare indagini di galassie senza precedenti di epoca romana all’impalcatura invisibile della materia oscura che definisce la distribuzione di quelle galassie”, ha affermato Sangeeta Malhotra, astrofisico di Goddard e uno degli autori dell’articolo.

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Studiare strutture cosmiche così vaste con altri telescopi spaziali non è pratico perché possono essere necessari centinaia di anni di osservazioni per mettere insieme abbastanza immagini per vederle.

“Roman avrà la capacità unica di eguagliare la profondità dell’Hubble Ultra Deep Field, ma copre molte volte più area del cielo rispetto a rilevamenti ampi come Scansiona le candeledisse Young. “Questa visione completa dell’universo primordiale ci aiuterà a capire quanto siano rappresentative le istantanee di Hubble e Webb di com’era in quel momento”.

Il Roman Wide View fungerà anche da roadmap che Hubble e Webb potranno utilizzare per ingrandire le aree di interesse.

Il Romanian Space Telescope è un osservatorio della NASA progettato per svelare i misteri dell’energia oscura e della materia oscura, cercare e visualizzare gli esopianeti ed esplorare molti argomenti nell’astrofisica dell’infrarosso. Credito: NASA

Le indagini complete del cielo di Roman saranno in grado di mappare l’universo mille volte più velocemente del telescopio Hubble. Ciò sarebbe possibile grazie alla struttura rigida dell’osservatorio, all’elevata velocità di rotazione e all’ampio campo visivo del telescopio. I romani passeranno rapidamente da un obiettivo cosmico all’altro. Una volta ottenuto un nuovo obiettivo, le vibrazioni si stabilizzeranno rapidamente perché vengono mantenute in posizione strutture potenzialmente oscillanti come i pannelli solari.

“Roman prenderà circa 100.000 immagini ogni anno”, ha detto Jeffrey Crook, un astrofisico di Goddard. “Dato il campo visivo più ampio di Roman, ci vorrebbe più tempo della nostra vita perché anche potenti telescopi come Hubble o Webb coprano una gran parte del cielo”.

Fornendo una visione gigantesca e chiara degli ecosistemi cosmici e collaborando con osservatori come Hubble e Webb, Roman ci aiuterà a risolvere alcuni dei misteri più profondi dell’astrofisica.

Riferimento: “Semi-Analytic Predictions of Roman – Beginning of a New Era of Deep Surveys of Galaxies” di 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 e Anton M Cockeymore, 8 dicembre 2020, disponibile qui. Avvisi mensili della Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac3595

Al Goddard Space Flight Center della NASA, supervisiona il Nancy Grace Roman Space Telescope in collaborazione con il Jet Propulsion Laboratory della NASA e Caltech/IPAC nel sud della California, così come lo Space Telescope Science Institute di Baltimora. Un team eterogeneo di scienziati provenienti da vari istituti di ricerca costituisce il nucleo del team scientifico del progetto. Il progetto è supportato dai principali partner del settore, tra cui Ball Aerospace and Technologies di Boulder, Colorado, L3Harris Technologies di Melbourne, Florida e Teledyne Scientific & Imaging di Thousand Oaks, California.