Hoe de Romeinse telescoop van NASA zal scannen op spectaculaire explosies

[univers]

Wat gebeurt er als de dichtste, meest massieve sterren - die ook superklein zijn - botsen? Ze zenden schitterende explosies uit die bekend staan ​​als kilonovae . Zie deze gebeurtenissen als het natuurlijke vuurwerk van het universum. Theoretici vermoeden dat ze periodiek overal in de kosmos voorkomen - zowel dichtbij als veraf. Wetenschappers zullen binnenkort een extra observatorium hebben om deze opmerkelijke gebeurtenissen op te volgen en zelfs te scouten: NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope , die tegen mei 2027 wordt gelanceerd.

De hoofdrolspelers in kilonovae zijn neutronensterren , de centrale kernen van sterren die tijdens supernova-explosies onder de zwaartekracht instortten. Ze hebben elk een massa vergelijkbaar met de zon, maar hebben een diameter van slechts ongeveer 10 kilometer. En wanneer ze botsen, zenden ze puin uit dat met de snelheid van het licht beweegt. Van deze explosies wordt ook gedacht dat ze zware elementen smeden, zoals goud, platina en strontium (wat vuurwerk hun verbluffende rood geeft). Kilonovae schiet die elementen door de ruimte, waardoor ze mogelijk in rotsen terechtkomen die de korst vormen van terrestrische planeten zoals de aarde.


NASA's Roman Space Telescope zal om de paar dagen dezelfde delen van de hemel onderzoeken na de lancering in mei 2027. Onderzoekers zullen deze gegevens ontginnen om kilonovae te identificeren - explosies die plaatsvinden wanneer twee neutronensterren of een neutronenster en een zwart gat botsen en samensmelten. Wanneer deze botsingen plaatsvinden, wordt een fractie van het resulterende puin uitgeworpen als jets, die bijna met de lichtsnelheid bewegen. Het resterende puin produceert hete, gloeiende, neutronenrijke wolken die zware elementen smeden, zoals goud en platina. De uitgebreide gegevens van Roman zullen astronomen helpen beter te identificeren hoe vaak deze gebeurtenissen plaatsvinden, hoeveel energie ze afgeven en hoe dichtbij of ver weg ze zijn.
Credits: NASA, ESA, J. Olmsted (STScI)

De astronomische gemeenschap heeft in 2017 een van deze opmerkelijke kilonova-gebeurtenissen vastgelegd . Wetenschappers van de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) van de National Science Foundation ontdekten eerst de botsing van twee neutronensterren met zwaartekrachtsgolven - rimpelingen in de ruimte-tijd. Bijna gelijktijdig detecteerde NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope hoogenergetisch licht. NASA draaide zich snel om om de gebeurtenis te observeren met een bredere vloot van telescopen, en legde de vervagende gloed van het uitdijende puin van de ontploffing vast in een reeks afbeeldingen.

Maar de spelers in dit voorbeeld kwamen praktisch in onze 'achtertuin' in botsing, althans in astronomische termen. Ze bevinden zich op slechts 130 miljoen lichtjaar afstand. Er moeten meer kilonova's zijn - en veel die verder worden weggeslingerd - die ons altijd actieve universum stippelen.

"We weten nog niet hoe snel deze gebeurtenissen plaatsvinden", zegt Daniel M. Scolnic, een assistent-professor natuurkunde aan de Duke University in Durham, North Carolina. Scolnic leidde een onderzoek dat het aantal kilonovae schat dat kan worden ontdekt door vroegere, huidige en toekomstige observatoria, waaronder Roman. "Is de enkele kilonova die we hebben geïdentificeerd typisch? Hoe helder zijn deze explosies? In welke soorten sterrenstelsels komen ze voor?” Bestaande telescopen kunnen niet breed genoeg gebieden bestrijken of diep genoeg observeren om verder weg gelegen voorbeelden te vinden, maar dat zal veranderen met Roman.

Meer en verder weg spotten in Kilonovae
In dit stadium loopt LIGO voorop bij het identificeren van fusies van neutronensterren. Het kan zwaartekrachtsgolven in alle delen van de lucht detecteren, maar sommige van de meest verre botsingen zijn mogelijk te zwak om te worden geïdentificeerd. Roman sluit zich aan bij de zoektocht van LIGO en biedt aanvullende kwaliteiten die het team helpen 'vullen'. Roman is een survey-telescoop die herhaaldelijk dezelfde delen van de lucht scant. Bovendien is het gezichtsveld van Roman 200 keer groter dan het infraroodbeeld van de Hubble-ruimtetelescoop - niet zo groot als dat van LIGO, maar enorm voor een telescoop die beelden maakt. Dankzij de cadans kunnen onderzoekers zien wanneer objecten aan de hemel helderder of zwakker worden, dichtbij of heel ver weg.


Hoe zal NASA's Romeinse ruimtetelescoop kilonovae detecteren - korte lichtflitsen die worden uitgezonden door de samensmelting van twee neutronensterren of een neutronenster en een zwart gat? Mede dankzij het brede gezichtsveld van de telescoop. Het beeld van Roman is 200 keer groter dan het infraroodbeeld van de Hubble Ruimtetelescoop. Zodra Roman de lucht met een regelmatige cadans begint te observeren na de lancering, gepland voor 2027, verwachten onderzoekers meer van deze spectaculaire gebeurtenissen te kunnen identificeren, zowel dichtbij als heel ver weg. Hoewel we de snelheid van deze gebeurtenissen nog niet kennen, zullen we, wanneer de gegevens van Roman binnenstromen, beginnen te leren hoe vaak deze fusies voorkomen - en welke resultaten.
Credits: NASA, Alyssa Pagan (STScI)

Roman zal onderzoekers een krachtig hulpmiddel bieden voor het observeren van extreem verre kilonovae. Dit komt door de uitbreiding van de ruimte. Licht dat miljarden jaren geleden de sterren verliet, wordt in de loop van de tijd uitgerekt tot langere, rodere golflengten, bekend als infrarood licht. Omdat Roman gespecialiseerd is in het vastleggen van nabij-infraroodlicht, zal het licht van zeer verre objecten detecteren. Hoe ver? "Romein zal enkele kilonovae kunnen zien waarvan het licht ongeveer 7 miljard jaar heeft gereisd om de aarde te bereiken", legt Eve Chase uit, een postdoctoraal onderzoeker aan het Los Alamos National Laboratory in Los Alamos, New Mexico. Chase leidde een meer recente studie die simuleerde hoe verschillen in kilonovaejecta kunnen variëren wat we verwachten te observeren van observatoria, waaronder Roman.

Er is nog een tweede voordeel van nabij-infrarood licht: het biedt meer tijd om deze kortstondige uitbarstingen waar te nemen. Kortere golflengten van licht, zoals ultraviolet en zichtbaar, verdwijnen binnen een dag of twee uit het zicht. Nabij-infraroodlicht kan een week of langer worden opgevangen. Onderzoekers hebben de gegevens gesimuleerd om te zien hoe dit zal werken. "Voor een subset van gesimuleerde kilonovae zou Roman iets meer dan twee weken na de fusie van de neutronensterren kunnen observeren," voegde Chase eraan toe. "Het zal een uitstekend hulpmiddel zijn om naar kilonovae te kijken die heel ver weg zijn."

Binnenkort zullen onderzoekers veel meer weten over waar kilonova's voorkomen en hoe vaak deze explosies voorkomen in de geschiedenis van het universum. Waren degenen die eerder plaatsvonden op de een of andere manier anders? "Roman zal de astronomiegemeenschap in staat stellen populatiestudies uit te voeren, samen met een hele reeks nieuwe analyses van de fysica van deze explosies," zei Scolnic.

Een survey-telescoop biedt enorme mogelijkheden - en ook een hoop gegevens waarvoor nauwkeurige machine learning nodig is. Astronomen gaan deze uitdaging aan door code te schrijven om deze zoekopdrachten te automatiseren. Uiteindelijk zullen de enorme datasets van Roman onderzoekers helpen om misschien wel de grootste mysteries over kilonovae tot nu toe te ontrafelen: wat gebeurt er nadat twee neutronensterren botsen? Produceert het een enkele neutronenster, een zwart gat of iets heel anders? Met Roman verzamelen we de statistieken die onderzoekers nodig hebben om substantiële doorbraken te maken.

https://www.nasa.gov/feature/Goddard/20 ... -telescope

[MetalPig]

Romeinse telescoop...