美国宇航局的罗马任务将有助于推动宇宙学发现的新时代

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爱因斯坦

一组科学家预测了南希格雷斯罗马太空望远镜的高纬度广域调查对宇宙学中的关键问题的科学影响。该观测计划将包括成像，揭示物体的位置、形状、大小和颜色，如遥远的星系，以及光谱，包括测量来自这些物体的不同波长的光强度，跨越同一大片的宇宙。科学家们将能够使用这个丰富的数据集来利用各种交叉检查技术的力量，这有望对宇宙学中一些最棘手的问题进行前所未有的研究。当它于 2027 年开始工作时，Roman 将产生使用现有望远镜无法实现的结果。通过与维拉·C·鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory）等其他新设施合作，它的影响将进一步增强，这是一种新型的宽视场望远镜，目前正在智利的 Cerro Pachón 山顶上建造。鲁宾计划的 10 年调查计划于 2024 年开始全面运营，涵盖了罗曼的五年主要任务。“通过预测罗曼的科学回归，我们希望帮助科学界制定观测宇宙的最佳策略，”图森亚利桑那大学助理教授蒂姆·艾夫勒说。“我们热切地等待任务将发回的图像和数据，以帮助我们更好地了解宇宙中一些最大的谜团。

这张插图比较了两次巡天所覆盖的天空区域的相对大小：罗马的高纬度广域巡天，以蓝色勾勒，以及由哈勃领导的最大马赛克，宇宙演化巡天 (COSMOS)，以红色显示。在目前的计划中，罗马巡天的范围将是哈勃巡天的 1000 多倍。Roman 还将探索比大多数其他望远镜在之前研究宇宙膨胀加速的努力中所探测到的更远的空间领域。

图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心

该团队的结果在 Eifler 领导的两篇论文中进行了描述，并发表在《皇家天文学会月刊》10 月版上。这项研究是由更广泛的世界领先科学家组成的团队为分析罗马的宇宙学数据所做的努力的一部分。“我们的研究之所以成为可能，是因为从理论家到观察家的所有专业知识都存在于更大的团队中，”艾夫勒说。

多才多艺的天文台

罗马任务的多方面方法归功于其在巨大视场中结合成像和光谱学，这使得两种主要的宇宙学技术成为可能：星系团聚和弱引力透镜。第一个测量数亿个微弱星系的确切位置。弱透镜测量星系的图像如何被中间物质的引力扭曲。凭借其广阔而深刻的视野，罗马将让科学家们研究宇宙的结构和演化，并以前所未有的方式探索宇宙加速的概念。了解宇宙如何演化到现在的状态将提供关于加速宇宙膨胀的线索。除了弱透镜和星系团聚之外，罗曼还将通过多种方式研究这个谜团，包括在天空中勘测一种称为Ia 型超新星的特殊类型的爆炸恒星。该任务还将通过测量星系团（宇宙中最大的结构）的质量和红移来探测宇宙加速度。这些结构的数量和大小取决于宇宙膨胀速度的变化。“使用几种不同的方法来研究宇宙加速背后的原因，将有助于天文学家大大降低困扰膨胀测量的不确定性，”日本名古屋大学副教授、论文的合著者 Hironao Miyatake 说。“每种方法都会交叉检查其他方法，这也是 Roman 能够提供极其精确结果的原因之一。”结合如此多的观测方法，天文学家还可以研究更多的奥秘，包括确定暗物质的数量——只有通过其引力效应才能探测到的不可见物质——以及追踪早期宇宙中形成黑洞种子的黑洞的生长。巨大的星系。亚利桑那大学助理教授伊丽莎白·克劳斯 (Elisabeth Krause) 说：“罗马是专门为解决诸如宇宙加速之类的谜团而设计的，但它对宇宙的巨大看法将揭示大量数据，这些数据也有助于解释其他谜题。”论文的合著者。“这项任务甚至可以帮助回答没有人想过要问的问题。”

与鲁宾合作

罗马并不是唯一一个旨在探测宇宙加速度的天文台。在一篇论文中，该团队探索了 Roman 将如何与另一台望远镜：鲁宾天文台携手合作。以美国天文学家维拉·鲁宾 (Vera Rubin) 的名字命名，她表明星系主要由暗物质组成，鲁宾天文台将使用其 8.4 米（27.4 英尺）的主镜对天空进行真正的巨大调查，覆盖约 44% 的天空。天空超过 10 年。“就波长而言，Roman 的观察将开始，Rubin 的观察将在此结束，”Eifler 说。“Roman 计划观察较小的天空区域，但由于它位于地球大气层上方，因此它会看到更深的区域并生成更清晰的图像。”罗马高纬度广域调查的当前观测策略将能够在大约一年的时间内观测大约 5% 的天空——2,000 平方度。然而，该团队展示了如何改变调查设计可以产生令人信服的结果。例如，该调查可以扩展到覆盖更多鲁宾将观察的相同区域。或者它可以使用单个宽滤波器观察星系，而不是使用四个单独的滤波器成像，从而在保持调查深度的同时进行更快的观察。克劳斯说：“考虑合并两个望远镜的观测结果将带来的好处，这令人兴奋。” “Roman 将从 Rubin 更大的观测场中获益，而 Rubin 将从以 Roman 更好的图像质量进行更深入的观察中获益匪浅。这些任务将大大增强彼此。”南希·格雷斯罗马太空望远镜由位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心管理，美国宇航局喷气推进实验室和南加州加州理工学院/IPAC、巴尔的摩太空望远镜科学研究所以及由来自不同国家的科学家组成的科学团队参与其中。研究机构。主要的工业合作伙伴是位于科罗拉多州博尔德的 Ball Aerospace and Technologies Corporation；L3Harris Technologies 位于佛罗里达州墨尔本；和 Teledyne Scientific & Imaging 在加利福尼亚州千橡市。