El Roman Space Telescope de la NASA permitirá una nueva comprensión de la evolución de las galaxias

Cuando el telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA se lance a mediados de la década de 2020, supondrá una revolución en el estudio de la astronomía al proporcionar un campo de visión panorámica al menos 100 veces mayor que el del Hubble, con una nitidez o resolución de imagen similar.

El Roman Space Telescope inspeccionará el cielo hasta miles de veces más rápido de lo que se puede hacer con el Hubble. Esta combinación de campo amplio, alta resolución y un enfoque de estudio eficiente promete la adquisición de nuevos conocimientos en muchas áreas, particularmente en cómo se forman y evolucionan las galaxias a lo largo del tiempo cósmico. ¿Cómo se ensamblaron las estructuras más grandes del universo? ¿Cómo llegó nuestra galaxia, la Vía Láctea, a su forma actual? Estas son algunas de las preguntas que Roman ayudará a responder.

Las galaxias son conglomerados de estrellas, gas, polvo y materia oscura. La más grande puede abarcar cientos de miles de años luz. Muchas se agrupan en cúmulos que contienen cientos de galaxias, mientras que otras están relativamente aisladas.

La forma en la que las galaxias cambian con el tiempo depende de muchos factores como la historia de formación de sus estrellas, la rapidez con la que se formaron esas estrellas a lo largo del tiempo o cómo cada generación de estrellas influyó en la siguiente a través de explosiones de supernovas y vientos estelares. Para desentrañar estos detalles, los astrónomos necesitan estudiar un gran número de galaxias.

“Roman nos dará la capacidad de observar objetos débiles y galaxias durante largos intervalos de tiempo cósmico. Eso nos permitirá estudiar cómo se ensamblan y transforman las galaxias”, dijo Swara Ravindranath, astrónoma del Space Telescope Science Institute (STScI) en Baltimore, Maryland. Si bien las imágenes de campo amplio serán importantes para los estudios de galaxias, las capacidades espectroscópicas de Roman también lo serán.

Un espectrógrafo toma la luz de un objeto y la dispersa en un rango de colores conocido como espectro. A partir de esta gama de colores, los astrónomos pueden obtener muchos detalles, como la distancia o la composición de un objeto. La capacidad de Roman para proporcionar un espectro de cada objeto dentro del campo de visión, combinada con las imágenes que obtenga, permitirá a los astrónomos aprender más sobre el universo.

La imagen del Hubble de una parte del campo GOODS-South (izquierda) requirió múltiples exposiciones individuales que se unieron en un mosaico. El Roman Space Telescope tendrá un campo de visión (derecha) al menos 100 veces mayor que el del Hubble, lo que le permitirá obtener datos de miles de galaxias en una sola exposición.
Créditos: NASA, ESA y J. DePasquale (STScI) Reconocimiento: DSS.
Descubrir cuándo y dónde nacieron las estrellas

Las galaxias no forman estrellas a un ritmo constante. Se aceleran y desaceleran, formando más o menos estrellas, bajo la influencia de una variedad de factores, desde colisiones y fusiones, hasta ondas de choque de supernovas y vientos a escala de galaxias, impulsados ​​por agujeros negros supermasivos.

Al estudiar el espectro de una galaxia en detalle, los astrónomos pueden estudiar la historia de la formación de estrellas. “Usando Roman podemos estimar la velocidad a la que las galaxias están formando estrellas y encontrar las galaxias más prolíficas que están produciendo estrellas a mayor ritmo. Más importante aún, podemos descubrir no solo lo que está sucediendo en una galaxia en el momento en que la observamos, sino también cuál ha sido su historia”, afirmó Lee Armus, astrónomo de IPAC/Caltech en Pasadena, California.

Algunas galaxias precoces formaron estrellas muy rápidamente durante un corto periodo de tiempo, dejando de formar estrellas en eras tempranas de la historia del universo, experimentando una rápida transición de viva a “muerta”.

“Sabemos que las galaxias bloquean la formación de estrellas, pero no sabemos por qué. Con el campo amplio de visión de Roman, tendremos más posibilidades de estudiar estas galaxias en el esos momentos”, dijo Kate Whitaker, astrónoma de la Universidad de Massachusetts en Amherst.

Aumentando la red cósmica 

A pesar de que las propias galaxias han crecido con el tiempo, también se han juntado en grupos para formar estructuras intrincadas de miles de millones de años luz de diámetro. Las galaxias tienden a acumularse en burbujas, láminas y filamentos, creando una vasta red cósmica. Al combinar imágenes de alta resolución (que indican la posición de una galaxia en el cielo) con la espectroscopía (que proporciona una distancia), los astrónomos podrán mapear esta red en tres dimensiones y aprender sobre la estructura a gran escala del universo.

Esta animación aúna la naturaleza complementaria de las imágenes y la espectroscopia para comprender las galaxias. Comienza con una parte del campo Hubble GOODS-South, una región del cielo que contiene cientos de galaxias visibles. Luego, se agregan espectros junto a las galaxias seleccionadas; en realidad, cada estrella y galaxia tiene su luz espectro. La imagen subyacente se desvanece después para resaltar los espectros de las galaxias, que contienen una gran cantidad de información, incluidas las distancias (desplazamientos al rojo). La imagen y los espectros fueron obtenidos por el Hubble, e ilustran lo que se hará con Roman, pero sobre un número mucho mayor de galaxias.
Créditos: NASA, ESA y J. DePasquale (STScI).

La expansión del universo extiende la luz de galaxias distantes a longitudes de onda más largas y rojas, un fenómeno llamado desplazamiento al rojo. Cuanto más distante está una galaxia, mayor es su desplazamiento al rojo. Los detectores de infrarrojos de Roman son ideales para capturar la luz de esas galaxias. Las galaxias más distantes también son más débiles y más difíciles de detectar. Combinando esto con el hecho de que algunos tipos de galaxias son raras, es necesario buscar en un área más grande del cielo, con un observatorio más sensible, para encontrar los objetos que a menudo tienen las historias más interesantes que contar.

“En este momento, con telescopios como el Hubble podemos tomar muestras de decenas de galaxias con alto desplazamiento al rojo. Con Roman, podremos tomar muestras de miles”, explicó Russell Ryan, astrónomo de STScI.

Buscando lo desconocido

Si bien los astrónomos pueden anticipar muchos de los descubrimientos del Roman Space Telescope, quizás lo más emocionante sea la posibilidad de encontrar cosas que nadie podría haber predicho. Las observaciones típicas de alta resolución de los observatorios espaciales, como el Hubble, apuntan a objetos específicos para una investigación detallada. El enfoque del sondeo de Roman arrojará una amplia red, abriendo así un nuevo “espacio de descubrimiento”.

“Roman sobresaldrá en el descubrimiento de incógnitas desconocidas. Ciertamente encontrará cosas raras y exóticas que no esperamos “, dijo Ryan. “Los estudios combinados de imágenes y espectroscopía de Roman reunirán las ‘pepitas de oro’ que nunca hubiéramos extraído de otra manera”, agregó Ravindranath.

El Roman Space Telescope está diseñado para grandes estudios del universo. Esta animación da una idea de la escala de solo una de las posibles áreas de estudio de Roman, que abarcaría un área de 2.000 grados cuadrados, unas 10.000 veces el tamaño de la Luna llena.
Créditos: NASA/Caltech-IPAC/R. Reconocimiento: esta animación ha hecho uso del programa Stellarium.

El Nancy Grace Roman Space Telescope se gestiona en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, con la participación del Jet Propulsion Laboratory y Caltech/IPAC de la NASA en el sur de California, el Space Telescope Science Institute en Baltimore y un equipo científico compuesto por científicos de varias instituciones de investigación. Los principales socios industriales son Ball Aerospace and Technologies Corporation en Boulder, Colorado; L3Harris Technologies en Melbourne, Florida; y Teledyne Scientific & Imaging en Thousand Oaks, California.

Noticia original (en inglés)

Edición: R. Castro.