Miljoenen sterrenstelsels komen tevoorschijn in nieuwe gesimuleerde afbeeldingen van NASA's Roman

[univers]

Wetenschappers hebben een gigantisch synthetisch onderzoek gemaakt dat laat zien wat we kunnen verwachten van de toekomstige waarnemingen van de Nancy Grace Roman Space Telescope. Hoewel het slechts een klein deel van het echte toekomstonderzoek vertegenwoordigt, bevat deze gesimuleerde versie een duizelingwekkend aantal sterrenstelsels - 33 miljoen daarvan, samen met 200.000 voorgrondsterren in ons eigen sterrenstelsel.


Dit gesimuleerde Romeinse deepfield-beeld, dat honderdduizenden sterrenstelsels bevat, vertegenwoordigt slechts 1,3 procent van het synthetische onderzoek, wat zelf slechts één procent is van het geplande onderzoek van Roman. De volledige simulatie is hier beschikbaar . De sterrenstelsels zijn kleurgecodeerd - rodere zijn verder weg en wittere zijn dichterbij. De simulatie toont de kracht van Roman om grote, diepe onderzoeken uit te voeren en het universum statistisch te bestuderen op manieren die niet mogelijk zijn met de huidige telescopen.
Credits: M. Troxel en Caltech-IPAC/R. Pijn doen

De simulatie zal wetenschappers helpen bij het plannen van de beste observatiestrategieën, het testen van verschillende manieren om de enorme hoeveelheden gegevens van de missie te ontginnen en te onderzoeken wat we kunnen leren van tandemwaarnemingen met andere telescopen.

"De hoeveelheid gegevens die Roman terugstuurt is ongekend voor een ruimtetelescoop", zegt Michael Troxel, assistent-professor natuurkunde aan de Duke University in Durham, North Carolina. "Onze simulatie is een proeftuin die we kunnen gebruiken om ervoor te zorgen dat we het meeste uit de waarnemingen van de missie.”
Het team haalde gegevens uit een nagebootst universum dat oorspronkelijk was ontwikkeld om wetenschappelijke planning te ondersteunen met het Vera C. Rubin Observatory, dat zich in Chili bevindt en in 2024 volledig operationeel zal worden. Omdat de Romeinse en Rubin-simulaties dezelfde bron gebruiken, kunnen astronomen vergelijken hen en kijk wat ze kunnen verwachten te leren van het koppelen van de waarnemingen van de telescopen zodra ze allebei actief het universum scannen.

Een paper waarin de resultaten worden beschreven, geleid door Troxel, is geaccepteerd voor publicatie in The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .


Deze afbeelding vergelijkt de relatieve afmetingen van het synthetische beeld (inzet, oranje omlijnd), het hele gebied dat astronomen hebben gesimuleerd (het vierkant in het midden bovenaan groen omlijnd) en de grootte van het volledige toekomstige onderzoek dat astronomen zullen uitvoeren (de grote vierkant linksonder omlijnd in blauw). De achtergrond, van de Digitized Sky Survey, illustreert hoeveel hemelgebied elke regio beslaat. Het synthetische beeld beslaat ongeveer evenveel hemel als een volle maan, en het toekomstige Romeinse onderzoek zal veel meer gebied bestrijken dan de Grote Beer. Terwijl het de Hubble-ruimtetelescoop of de James Webb-ruimtetelescoop ongeveer duizend jaar zou kosten om een ​​gebied zo groot als het toekomstige onderzoek in beeld te brengen, zal Roman het in iets meer dan zeven maanden doen.
Credits: NASA's Goddard Space Flight Center en M. Troxel

Kosmische constructie
Roman's High Latitude Wide Area Survey zal bestaan ​​uit zowel beeldvorming - de focus van de nieuwe simulatie - als spectroscopie over dezelfde enorme strook van het universum. Spectroscopie omvat het meten van de intensiteit van licht van kosmische objecten op verschillende golflengten, terwijl de beeldvorming van Roman precieze posities en vormen van honderden miljoenen vage sterrenstelsels zal onthullen die zullen worden gebruikt om donkere materie in kaart te brengen . Hoewel deze mysterieuze substantie onzichtbaar is, kunnen astronomen zijn aanwezigheid afleiden door de effecten ervan op gewone materie te observeren.

Alles met massa vervormt het weefsel van ruimte-tijd. Hoe groter de massa, hoe groter de kromming. Dit creëert een effect dat zwaartekrachtlensing wordt genoemd en dat optreedt wanneer licht van een verre bron wordt vervormd terwijl het langs tussenliggende objecten reist. Wanneer die lensobjecten massieve sterrenstelsels of clusters van sterrenstelsels zijn, kunnen achtergrondbronnen worden uitgesmeerd of verschijnen als meerdere afbeeldingen.


Deze animatie toont het soort wetenschap dat astronomen zullen kunnen doen met toekomstige Romeinse diepveldwaarnemingen. De zwaartekracht van tussenliggende clusters van sterrenstelsels en donkere materie kan het licht van verder gelegen objecten lenzen, waardoor hun uiterlijk vervormd wordt, zoals te zien is in de animatie. Door het vervormde licht te bestuderen, kunnen astronomen ongrijpbare donkere materie bestuderen, die alleen indirect kan worden gemeten door de zwaartekrachteffecten op zichtbare materie. Als bonus maakt deze lens het ook gemakkelijker om de verste sterrenstelsels te zien waarvan ze het licht vergroten.
Credits: Caltech-IPAC/R. Pijn doen

Minder massieve objecten kunnen meer subtiele effecten creëren die zwakke lensing worden genoemd. Roman zal gevoelig genoeg zijn om zwakke lenzen te gebruiken om te zien hoe klonten donkere materie het uiterlijk van verre sterrenstelsels vervormen. Door deze lenseffecten te observeren, kunnen wetenschappers meer hiaten in ons begrip van donkere materie opvullen.

"Theorieën over de vorming van kosmische structuren doen voorspellingen over hoe de zaadfluctuaties in het vroege universum uitgroeien tot de verdeling van materie die kan worden gezien door zwaartekrachtlensing", zegt Chris Hirata, een natuurkundeprofessor aan de Ohio State University in Columbus, en een co- auteur van het papier. “Maar de voorspellingen zijn statistisch van aard, dus we testen ze door uitgestrekte delen van de kosmos te observeren. Roman, met zijn brede gezichtsveld, zal worden geoptimaliseerd om de lucht efficiënt te onderzoeken, als aanvulling op observatoria zoals de James Webb Space Telescope die zijn ontworpen voor dieper onderzoek van individuele objecten.

Grond en Ruimte
Het synthetische Romeinse onderzoek beslaat 20 vierkante graden van de hemel, wat ongeveer overeenkomt met 95 volle manen. Het eigenlijke onderzoek zal 100 keer groter zijn en meer dan een miljard sterrenstelsels onthullen. Rubin zal een nog groter gebied scannen – 18.000 vierkante graden, bijna de helft van de hele hemel – maar met een lagere resolutie omdat hij door de turbulente atmosfeer van de aarde moet turen.

Het koppelen van de Romeinse en Rubin-simulaties biedt de eerste mogelijkheid voor wetenschappers om te proberen dezelfde objecten in beide reeksen afbeeldingen te detecteren. Dat is belangrijk omdat waarnemingen op de grond niet altijd scherp genoeg zijn om meerdere nabije bronnen als afzonderlijke objecten te onderscheiden. Soms vervagen ze samen, wat zwakke lensmetingen beïnvloedt. Nu kunnen wetenschappers de moeilijkheden en voordelen bepalen van het "ontmengen" van dergelijke objecten in Rubin-afbeeldingen door ze te vergelijken met Romeinse.

Met het kolossale kosmische beeld van Roman zullen astronomen veel meer kunnen bereiken dan de primaire doelen van het onderzoek, namelijk het bestuderen van de structuur en evolutie van het universum, het in kaart brengen van donkere materie en het onderscheiden van de leidende theorieën die proberen uit te leggen waarom de expansie van het universum versnelt. Wetenschappers kunnen de nieuwe gesimuleerde Romeinse gegevens doorzoeken om een ​​voorproefje te krijgen van de bonuswetenschap die voortkomt uit het zien van zoveel van het universum in zulke verfijnde details.

"Met het gigantische gezichtsveld van Roman anticiperen we op veel verschillende wetenschappelijke kansen, maar we zullen ook moeten leren om het onverwachte te verwachten", zegt Julie McEnery, de senior projectwetenschapper voor de Romeinse missie bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. . "De missie zal helpen bij het beantwoorden van kritische vragen in de kosmologie en tegelijkertijd mogelijk gloednieuwe mysteries onthullen die we moeten oplossen."


Deze video begint met het tonen van de verste sterrenstelsels in het gesimuleerde diepveldbeeld in rood. Terwijl het uitzoomt, worden lagen van dichterbij gelegen (gele en witte) sterrenstelsels aan het frame toegevoegd. Door verschillende kosmische tijdperken te bestuderen, kan Roman de expansiegeschiedenis van het universum volgen, bestuderen hoe sterrenstelsels zich in de loop van de tijd hebben ontwikkeld en nog veel meer.
Credits: Caltech-IPAC/R. Gekwetst en M. Troxel

https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... asas-roman