NASAのローマ宇宙望遠鏡が宇宙を元に戻す方法

新しいシミュレーションは、どのように[{” 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.

この深宇宙のシミュレートされたビューでは、すべての点が銀河を表しています。 3 つの小さな正方形はハッブルの視野を示し、それぞれが人工宇宙の異なる領域を明らかにしています。 ローマンは、ズームされた画像全体と同じ大きさの領域をすばやくスキャンできるため、宇宙の最大の構造を垣間見ることができます。 画像クレジット: NASA のゴダード宇宙飛行センターと A. 若い

このシミュレーションは、500 万個以上の銀河を含む満月の見かけの大きさの約 10 倍に相当する 2 平方度の空の一帯をカバーしています。 これは十分にテストされた銀河形成モデルに基づいており、宇宙がどのように機能するかについての現在の理解を表しています。 チームは非常に効率的な技術を使用して、数千万の銀河を 1 日足らずでシミュレートできます。これは、従来の方法では何年もかかることです。 ローマンが実際のデータを提供し始めると、科学者はそれを一連のシミュレーションと比較し、モデルを究極のテストにかけることができます。 これは、銀河形成の物理学、暗黒物質 – 重力効果によってのみ観測される謎の物質 – などを明らかにするのに役立ちます。

その成果をまとめた論文が掲載されました 王立天文学会の月例通知 2022 年 12 月。

コズミック ウェブの発見

銀河と銀河団は、目に見える宇宙の大きさのタペストリーの中で、暗黒物質の目に見えないフィラメントに沿って塊になって輝いています。 このタペストリーを十分に広く見ると、宇宙の大規模な構造がウェブのようなものであり、フィラメントが数億光年に及ぶことがわかります。 銀河は主にフィラメントの交点に見られ、すべての明るいフィラメントの間には広大な「宇宙空隙」があります。

これが今の宇宙の姿です。 しかし、宇宙を過去に戻すことができれば、まったく別のものを見ることができるでしょう。

この画像には、時空間に散らばる何百万ものシミュレートされた銀河が含まれており、ハッブル (白) とローマン (黄色) が 1 回のショットで捉えることができる領域を示しています。 画像に示されている地域全体を同じ深さでマッピングするには、ハッブルが約 85 年かかりますが、ローマンはわずか 63 日でそれを行うことができました。 Roman の優れたビジョンと高速なスキャン速度により、これまで不可能だった方法で進化する宇宙が明らかになります。 画像クレジット: NASA のゴダード宇宙飛行センターと A. 若い

遠く離れた銀河全体に散らばる輝く巨大な星の代わりに、私たちは自分自身が海に浸っていることに気付くでしょう。[{” 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.

このシミュレートされた宇宙の側面図では、各点が銀河を表しており、その大きさと明るさはその質量に対応しています。 さまざまな時代のスライドは、ローマ人が宇宙の歴史を通じて宇宙をどのように見ていたかを示しています。 天文学者は、宇宙の進化がどのようにして今日見られるクモの巣のような構造につながったかをまとめるために、そのような観測を使用します。 画像クレジット: NASA のゴダード宇宙飛行センターと A. 若い

ローマンのパノラマ ビューは、さまざまな段階で宇宙がどのように見えたかを確認し、理解の多くのギャップを埋めるのに役立ちます。 たとえば、天文学者は銀河を取り囲む暗黒物質の「ハロー」を検出しましたが、それらがどのように形成されるかはわかっていません。 暗黒物質によって引き起こされる重力レンズ効果が遠方の物体の外観をどのようにゆがめるかを調べることで、Roman は宇宙時間を通じてハローがどのように進化したかを理解するのに役立ちます。

ゴダードの天体物理学者で論文の著者の一人であるサンギータ・マルホトラは、「このようなシミュレーションは、ローマ時代からの前例のない大規模な銀河調査を、それらの銀河の分布を定義する暗黒物質の目に見えない足場に結び付ける上で重要です。

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そのような広大な宇宙構造を他の宇宙望遠鏡で研究することは、それらを見るのに十分な画像をつなぎ合わせるのに何百年もの観測が必要になる可能性があるため、現実的ではありません.

「ローマンは、ハッブル ウルトラ ディープ フィールドの深さと一致する独自の能力を持っていますが、そのような広い調査よりも何倍もの空の領域をカバーしています。 スキャンキャンドルヤングは言った。 「初期の宇宙のこの完全なビューは、ハッブルとウェッブのスナップショットが当時の様子をどのように表しているかを理解するのに役立ちます。」

ローマン ワイド ビューは、ハッブルと Webb が関心のある領域を拡大するために使用できるロードマップとしても機能します。

ルーマニア宇宙望遠鏡は、暗黒エネルギーと暗黒物質の謎を解き明かし、系外惑星を検索して画像化し、赤外線天体物理学の多くのトピックを調査するために設計された NASA の天文台です。 クレジット: NASA

ローマンの包括的な天空調査は、ハッブル望遠鏡よりも 1000 倍速く宇宙をマッピングすることができます。 これは、天文台の堅固な構造、速い回転速度、および大きな望遠鏡の視野のために可能になります。 ローマ人は、ある宇宙の目標から別の目標へと素早く移動します。 新しいターゲットが取得されると、太陽電池アレイなどの潜在的に振動する構造が所定の位置に保持されるため、振動はすぐに安定します。

ゴダード大学の天体物理学者、ジェフリー・クルック氏は、「ローマンは毎年約10万枚の画像を撮影するでしょう。 「ローマンのより広い視野を考えると、ハッブルやウェッブのような強力な望遠鏡でさえ、空の大部分をカバーするには、私たちの寿命よりも長くかかるでしょう。」

宇宙生態系の巨大で明確なビューを提供し、ハッブルやウェッブのような天文台と協力することで、ローマンは天体物理学の最も深遠な謎のいくつかを解決するのに役立ちます.

参照: 「ローマンの半解析的予測 – 銀河の深層調査の新時代の始まり」LY Aaron Yung、Rachel S Somerville、Steven L Finkelstein、Peter Behroozi、Romeel Dave、Henry C Ferguson、Jonathan P Gardner、Gergo Popping 著、Sangeeta Malhotra、Casey Babovich、James E. Rhodes、Michaela P. Bagley、Michaela Hirschman、Anton M Cockeymore、2020 年 12 月 8 日、こちらから入手可能。 王立天文学会の月例通知.
DOI: 10.1093/mnras/stac3595

NASA のゴダード宇宙飛行センターでは、NASA のジェット推進研究所、南カリフォルニアの Caltech/IPAC、およびボルチモアの宇宙望遠鏡科学研究所と協力して、ナンシー グレース ローマン宇宙望遠鏡を監督しています。 さまざまな研究機関の多様な科学者チームが、プロジェクトの科学チームの中核を形成しています。 このプロジェクトは、コロラド州ボールダーの Ball Aerospace and Technologies、フロリダ州メルボルンの L3Harris Technologies、カリフォルニア州サウザンド オークスの Teledyne Scientific & Imaging などの主要な業界パートナーによってサポートされています。