El Roman Space Telescope de la NASA potenciará una nueva era de descubrimientos cosmológicos

Un equipo de científicos ha pronosticado el impacto del amplio campo de estudio del telescopio espacial Nancy Grace Roman, en la cosmología. Este programa de observación obtendrá imágenes (que revelan las ubicaciones, formas, tamaños y colores de objetos como galaxias distantes) y se basará en espectroscopía (que medirá la intensidad de la luz de esos objetos en diferentes longitudes de onda). Los científicos podrán aprovechar el poder de una variedad de técnicas de verificación cruzada utilizando este rico conjunto de datos, que promete una mirada sin precedentes a algunos de los enigmas más intrigantes de la cosmología.

Cuando comience a funcionar en 2027, Roman dará resultados que serían imposibles de lograr con los telescopios existentes. Su impacto se verá reforzado aún más al asociarse con otras nuevas instalaciones como el Observatorio Vera C. Rubin, un novedoso telescopio de campo amplio que se está construyendo en la cima del Cerro Pachón, en Chile.

El Observatorio Vera C. Rubin comenzará a operar por completo en 2024, el programa de estudio planificado tiene una duración de 10 años, y coincidirá con el tiempo de misión principal del Roman, establecido para 5 años.

“Al predecir los resultados científicos de Roman, esperamos ayudar a la comunidad científica a desarrollar la mejor estrategia para observar el cosmos”, dijo Tim Eifler, profesor asistente de la Universidad de Arizona, en Tucson. “Esperamos ansiosamente las imágenes y los datos que la misión nos enviará, para ayudarnos a comprender mejor algunos de los mayores misterios del universo”.

Esta ilustración compara los tamaños relativos de las áreas del cielo cubiertas por dos estudios: el estudio de área amplia de alta latitud de Roman, delineado en azul, y el mosaico más grande dirigido por Hubble: el estudio de evolución cosmológica (COSMOS), que se muestra en rojo. En los planes actuales, el estudio de Roman será más de 1.000 veces más amplio que el del Hubble. Roman también explorará zonas del espacio más distantes de lo que la mayoría de los otros telescopios han investigado, para estudiar por qué la expansión del universo se está acelerando.
Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA
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Los resultados del equipo se describen en dos artículos dirigidos por Eifler y publicados en la edición de octubre de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. El estudio es parte de un trabajo de un equipo más amplio de científicos líderes en el mundo para analizar los datos cosmológicos de Roman.

“Nuestro estudio solo fue posible gracias a toda la experiencia, desde teóricos hasta observadores, de los que dispone el equipo”, dijo Eifler.

Un observatorio polifacético

La misión del Roman debe su enfoque multifacético a su combinación de imágenes y espectroscopía en un enorme campo de visión, que permite dos técnicas cosmológicas principales: agrupamiento de galaxias y lente gravitacional débil. El primero mide las posiciones exactas de cientos de millones de galaxias tenues. La lente débil mide cómo las imágenes de las galaxias han sido distorsionadas por la gravedad de la materia que interviene. Con su visión amplia y profunda, Roman permitirá a los científicos estudiar la estructura y evolución del universo y explorar el concepto de aceleración cósmica como nunca antes.

Aprender cómo evolucionó el universo hasta su estado actual, ofrecerá pistas sobre lo que está acelerando la expansión del universo. Además de las lentes débiles y la agrupación de galaxias, Roman estudiará este misterio de varias maneras, incluida la inspección del cielo en busca de un tipo especial de estrella en explosión llamada supernova de tipo Ia. La misión también probará la aceleración cósmica midiendo las masas y los desplazamientos al rojo de los cúmulos de galaxias, las estructuras más grandes del universo. El número y el tamaño de estas estructuras dependen de cómo cambia la velocidad de expansión del universo.

“El uso de varios métodos diferentes para estudiar la causa de la aceleración cósmica, ayudará a los astrónomos a reducir en gran medida la incertidumbre que ha multiplicado las mediciones de expansión”, dijo Hironao Miyatake, profesor asociado de la Universidad de Nagoya, en Japón, y coautor de los artículos. “Cada método verificará los demás, que es una de las razones por las que Roman podrá proporcionar resultados extremadamente precisos”.

La combinación de tantos métodos de observación permitirá a los astrónomos investigar también misterios adicionales, incluida la determinación de la cantidad de materia oscura (materia invisible que es detectable solo a través de sus efectos gravitacionales) y el seguimiento del crecimiento de los agujeros negros en el universo temprano, que forman las semillas de galaxias masivas.

“Roman está diseñado específicamente para resolver misterios como la aceleración cósmica, pero su enorme vista del universo revelará un tesoro de datos que también podrían ayudar a explicar otros acertijos”, dijo Elisabeth Krause, profesora asistente de la Universidad de Arizona y coautora de los artículos. “La misión incluso podrá ayudar a responder preguntas que nadie ha pensado formular todavía”.

Trabajo en equipo con Rubin

Roman no es el único observatorio diseñado para sondear la aceleración cósmica. En un artículo, el equipo detalló cómo Roman trabajará de la mano con otro telescopio: el Observatorio Rubin, nombrado en honor a la astrónoma estadounidense Vera Rubin, quien demostró que las galaxias están compuestas principalmente de materia oscura. El Observatorio Rubin utilizará su espejo primario de 8,4 metros para realizar un estudio gigantesco del cielo, cubriendo aproximadamente el 44% de la superficie del cielo durante 10 años.

“Las observaciones de Roman comenzarán, en términos de longitud de onda, donde terminan las observaciones de Rubin”, dijo Eifler. “Roman planea ver un área más pequeña del cielo, pero verá mucho más profundo y generará imágenes más claras, ya que estará ubicado sobre la atmósfera de la Tierra”.

La estrategia de observación actual para el estudio de área amplia de alta latitud de Roman permitirá observaciones de aproximadamente el 5% del cielo (2.000 grados cuadrados) en el transcurso de aproximadamente un año. Sin embargo, el equipo mostró cómo el cambio del diseño del estudio podría producir resultados convincentes. El estudio podría extenderse, por ejemplo, para cubrir más de la misma área que observará Rubin. O podría observar galaxias usando un solo filtro amplio, en lugar de obtener imágenes con cuatro separados, lo que permite observaciones más rápidas y al mismo tiempo conserva la profundidad del estudio.

“Es emocionante considerar los beneficios que obtendríamos al fusionar las observaciones de los dos telescopios”, dijo Krause. “Roman se beneficiará del campo de observación más grande de Rubin, y Rubin se beneficiará enormemente de tener algunas observaciones más profundas con la mejor calidad de imagen de Roman. Las misiones se mejorarán enormemente entre sí”.

El Telescopio Espacial Nancy Grace Roman se administra en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, con la participación del Jet Propulsion Laboratory de la NASA y Caltech/IPAC en el Sur de California, el Space Telescope Science Institute en Baltimore, y un equipo científico compuesto por científicos de varios 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.