NASA新罗曼太空望远镜旨在发现10万次宇宙大爆炸

虽然哈勃和詹姆斯·韦伯空间望远镜继续为天文学家提供对宇宙的革命性洞察,但它们即将问世的“兄弟”很可能会让它们黯然失色。NASA 的南希·格蕾丝·罗曼空间望远镜定于 2027 年发射,其视场比哈勃望远镜大至少 100 倍,在其服役期间有望记录来自超过十亿个星系的빛。结合延时录制功能,罗曼将帮助研究人员更好地了解系外行星、红外天体物理学以及暗物质的性质。

但这还不是全部。根据 7 月 15 日发表在《天体物理学杂志》上的一项研究,罗曼有望在其寿命内捕获估计 10 万次天体爆炸。这些爆炸可能包括从超新星到贪婪的黑洞等一切,但天体物理学家推测罗曼甚至可能找到宇宙中最早形成恒星的证据。

This simulation showcases the dynamic universe as NASA’s Nancy Grace Roman Space Telescope could see it over the course of its five-year primary mission. The video sparkles with synthetic supernovae from observations of the OpenUniverse simulated universe taken every five days (similar to the expected cadence of Roman’s High-Latitude Time-Domain Survey, which OpenUniverse simulates in its entirety). On top of the static sky of stars in the Milky Way and other galaxies, more than a million exploding stars flare into visibility and then slowly fade away. To highlight the dynamic physics happening and for visibility at this scale, the true brightness of each transient event has been magnified by a factor of 10,000 and no background light has been added to the simulated images. The video begins with Roman’s full field of view, which represents a single pointing of Roman’s camera, and then zooms into one square.
这个模拟图像展示了 NASA 南希·格蕾丝·罗曼空间望远镜在其五年主要任务期间可能看到的动态宇宙。图片来源:NASA 戈达德空间飞行中心和 M. Troxel

银河系的“淘金地”

“无论您是想探索暗能量、垂死的恒星、星系动力源,还是可能以前从未见过的新事物,这项调查都将是一个淘金地,”贝勒大学物理学家、该研究的主要作者本杰明·罗斯(Benjamin Rose)在一份声明中说道。

罗斯及其同事通过对罗曼的高纬度时域核心社区调查进行模拟,得出了他们的估计。一旦到位,空间望远镜的调查设计为每五天扫描一次宇宙中一个巨大的区域,持续两年。天文学家会将所有这些快照 compilation 成宇宙电影,然后记录他们发现的每一种能量爆发。

“通过观察物体光线的随时间变化情况,并将其分解为光谱——即揭示发出光线物体信息的individual 颜色模式——我们可以区分罗曼将看到的各种类型的闪光,”马里兰大学巴尔的摩分校的研究助理科学家、该研究的合著者丽贝卡·霍塞尔(Rebekah Hounsell)解释道。

An artist's illustration of the Nancy Grace Roman Space Telescope once deployed into orbit. Credit: NASA
南希·格蕾丝·罗曼空间望远镜部署到轨道后的艺术插图。图片来源:NASA

回溯过去

大部分事件可能是各种类型的恒星爆炸,或称新星。该望远镜的调查本身特别侧重于探测一类更稀有的恒星爆发,称为 Ia 型超新星。这些宇宙里程碑帮助研究人员测量宇宙距离并分析宇宙的膨胀速率。正如 NASA 所解释的那样,了解不同时期的膨胀速度可以帮助天文学家了解暗物质的行为。根据这项研究的模拟,罗曼的操控者可以预期找到大约 27,000 颗 Ia 型超新星。这比所有先前调查收集的数量多 10 倍以上。

更深入地观测宇宙深处也意味着罗曼将比以往任何望远镜都看得更远。天文学家迄今为止探测到的大多数超新星都发生在过去 80 亿年内。罗曼有望将时间线推回 100 亿多年前,甚至可能达到 115 亿年前。

罗斯说:“填补这些数据空白也可以填补我们对暗能量理解中的空白。越来越多的证据表明暗能量随时间而变化,而罗曼将帮助我们通过其他望远镜无法实现的方式探索宇宙历史来理解这种变化。”

罗斯团队创建的模拟数据集并不局限于他们自己的研究。根据霍塞尔的说法,其他专家可以使用它来开发自己的机器学习算法,以梳理罗曼海量的数据以供他们自己的研究使用。

霍塞尔解释说:“在搜索 Ia 型超新星时,罗曼将收集大量的宇宙‘副产品’——其他一些科学家认为无用的现象,但对其他人来说将是无价之宝。”

This infographic describes the High-Latitude Time-Domain Survey that will be conducted by NASA’s Nancy Grace Roman Space Telescope. The survey’s main component will cover over 18 square degrees—a region of sky as large as 90 full moons—and see supernovae that occurred up to about 8 billion years ago. Smaller areas within the survey will pierce even farther, potentially back to when the universe was around a billion years old. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center
这张信息图描述了 NASA 南希·格蕾丝·罗曼空间望远镜将进行的 the High-Latitude Time-Domain Survey。该调查的主要部分将覆盖超过 18 平方度——一个相当于 90 个满月的区域——并观测到约 80 亿年前发生的超新星。调查内较小的区域将观测得更远,可能追溯到宇宙大约十亿年前。图片来源:NASA 戈达德空间飞行中心

除非被叫停,否则发现千新星

其中一种现象可能是多个千新星——当一颗中子星(超新星的残余核心)撞击另一颗中子星时产生的巨大爆炸。天文学家推测,当一颗中子星与黑洞碰撞时也可能发生千新星。研究人员迄今为止只正式记录了一起这样的事件,但该研究的作者认为罗曼望远镜可以发现另外五起。

这些预期的发现仅仅是罗曼可能取得成就的冰山一角。然而,工程师们必须首先完成望远镜的建造并成功将其发射入轨。发射目前定于 2027 年 5 月或之后。特朗普政府提出的 NASA 数十亿美元的预算削减可能会危及罗曼项目,尽管其有望提前完成且成本低于预期。

“这太疯狂了,”罗曼科学团队前联合主席大卫·斯珀格尔(David Spergel)今年早些时候在接受《科学美国人》采访时说道。“你已经建好了,却不去做最后一步来完成它?这真是浪费纳税人的钱。”
然而,这绝不是罗曼的死刑判决。截至 7 月 15 日,国会正在就拒绝白宫提出的 NASA 削减提案中的大部分内容进行谈判。

 

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