Cómo el Telescopio Espacial Roman rebobinará el Universo
Por Ashley Balzer, Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
02 de marzo de 2023.
Esta imagen, que contiene millones de galaxias simuladas esparcidas por el espacio y el tiempo, muestra las áreas que el Hubble (blanco) y Roman (amarillo) pueden capturar en una sola instantánea. Hubble tardaría unos 85 años en mapear toda la región que se muestra en la imagen a la misma profundidad, pero Roman podría hacerlo en solo 63 días. La vista más amplia de Roman y las rápidas velocidades de exploración revelarán el Universo en evolución de formas que nunca antes habían sido posibles. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y A. Yung.
Una nueva simulación muestra cómo el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA hará retroceder el reloj cósmico, revelando el Universo en evolución de formas que nunca antes habían sido posibles cuando se lance en mayo de 2027. Con su capacidad para obtener imágenes rápidamente de enormes franjas del espacio, Roman ayudará a comprender cómo el Universo se transformó de un mar primordial de partículas cargadas a la intrincada red de vastas estructuras cósmicas que vemos hoy.
"Los telescopios espaciales Hubble y James Webb están optimizados para estudiar objetos astronómicos en profundidad y de cerca, por lo que son como mirar el Universo a través de pequeños agujeros", dijo Aaron Yung, becario postdoctoral en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, quien dirigió el estudio. "Para resolver misterios cósmicos en las escalas más grandes, necesitamos un telescopio espacial que pueda proporcionar una vista mucho más grande. Eso es exactamente para lo que el Roman está diseñado".
La combinación de la gran vista de Roman con la cobertura de longitud de onda más amplia del Hubble y las observaciones más detalladas de Webb ofrecerá una visión más completa del Universo.
La simulación cubre una porción del cielo de dos grados cuadrados, lo que equivale a unas 10 veces el tamaño aparente de una Luna Llena, y contiene más de 5 millones de galaxias. Se basa en un modelo de formación de galaxias bien probado que representa nuestra comprensión actual de cómo funciona el Universo. Usando una técnica extremadamente eficiente, el equipo puede simular decenas de millones de galaxias en menos de un día, algo que podría llevar años usando métodos convencionales.
Cuando Roman se lance y comience a entregar datos reales, los científicos pueden compararlos con una variedad de simulaciones de este tipo, poniendo sus modelos a prueba. Eso ayudará a desentrañar la física de formación de galaxias, la materia oscura, una sustancia misteriosa observada solo a través de sus efectos gravitacionales, y mucho más.
Un artículo que describe los resultados se publicó en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society en diciembre de 2022.
Las galaxias y los cúmulos de galaxias brillan en grupos a lo largo de hilos invisibles de materia oscura en un tapiz del tamaño del Universo observable. Con una visión lo suficientemente amplia de ese tapiz, podemos ver que la estructura a gran escala del Universo es como una red, con hebras que se extienden a cientos de millones de años luz. Las galaxias se encuentran principalmente en las intersecciones de los filamentos, con vastos "vacíos cósmicos" entre todas las hebras brillantes.
Así es como se ve el cosmos ahora. Pero si pudiéramos rebobinar el Universo, veríamos algo muy diferente.
En lugar de estrellas gigantes y resplandecientes dispersas por galaxias separadas por distancias aún más inmensas, nos encontraríamos sumergidos en un mar de plasma (partículas cargadas). Esta sopa primordial era casi completamente uniforme, pero afortunadamente para nosotros, había pequeños nudos. Dado que esos grupos eran ligeramente más densos que su entorno, tenían una atracción gravitatoria ligeramente mayor.
Durante cientos de millones de años, los grupos atrajeron más y más material. Crecieron lo suficiente como para formar estrellas, que fueron atraídas gravitacionalmente hacia la materia oscura que forma la columna vertebral invisible del Universo. Las galaxias nacieron y continuaron evolucionando, y eventualmente surgieron sistemas planetarios como el nuestro.
La vista panorámica de Roman nos ayudará a ver cómo era el Universo en diferentes etapas y llenará muchos vacíos en nuestra comprensión. Por ejemplo, aunque los astrónomos han descubierto "halos" de materia oscura que envuelve a las galaxias, no están seguros de cómo se formaron. Al ver cómo las lentes gravitatorias causadas por la materia oscura distorsionan la apariencia de objetos más lejanos, Roman nos ayudará a ver cómo se desarrollaron los halos a lo largo del tiempo cósmico.
"Simulaciones como estas serán cruciales para conectar estudios de galaxias grandes sin precedentes de Roman con el andamiaje invisible de materia oscura que determina la distribución de esas galaxias", dijo Sangeeta Malhotra, astrofísica de Goddard y coautora del artículo.
Estudiar estructuras cósmicas tan vastas con otros telescopios espaciales no es práctico porque se necesitarían cientos de años de observaciones para unir suficientes imágenes para verlas.
"Roman tendrá la capacidad única de igualar la profundidad del campo ultraprofundo del Hubble y, sin embargo, cubrir varias veces más área del cielo que los sondeos amplios como el sondeo CANDELS", dijo Yung. "Una vista tan completa del Universo primitivo nos ayudará a comprender qué tan representativas son las instantáneas de Hubble y Webb de cómo era entonces".
La vista amplia de Roman también servirá como un mapa de ruta que Hubble y Webb pueden usar para acercar áreas interesantes.
Los amplios estudios celestes de Roman podrán cartografiar el Universo hasta mil veces más rápido que el Hubble. Eso será posible gracias a la estructura rígida del observatorio, la rápida velocidad de giro y el gran campo de visión del telescopio. Roman se moverá rápidamente de un objetivo cósmico al siguiente. Una vez que se adquiere un nuevo objetivo, las vibraciones se calmarán rápidamente porque las estructuras potencialmente tambaleantes, como los paneles solares, se fijan en su lugar.
"Roman tomará alrededor de 100.000 fotografías cada año", dijo Jeffrey Kruk, astrofísico investigador de Goddard. "Dado el campo de visión más grande de Roman, tomaría más tiempo que el de nuestras vidas, incluso para telescopios potentes como Hubble o Webb, para cubrir tanto cielo".
Al proporcionar una vista gigantesca y nítida de los ecosistemas cósmicos y al asociarse con observatorios como Hubble y Webb, Roman nos ayudará a resolver algunos de los misterios más profundos de la astrofísica.
Fuente:
https://phys.org/news/2023-03-nasa-roman-space-telescope-rewind.html