Το διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace Roman αναμένεται να δώσει απαντήσεις σε θεμελιώδη ερωτήματα σχετικά με τη σκοτεινή ενέργεια, τους εξωπλανήτες και την αστροφυσική.
Το τηλεσκόπιο πήρε το όνομά του από τη Nancy Grace Roman, την πρώτη επικεφαλής αστρονόμο της NASA και μια από τις σημαντικότερες μορφές πίσω από την ανάπτυξη του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, την αποκαλούμενη και «μητέρα του Hubble».
Το Roman θα διαθέτει οπτικό πεδίο τουλάχιστον 100 φορές μεγαλύτερο από εκείνο του Hubble, επιτρέποντάς του να παρατηρεί τεράστιες περιοχές του ουρανού με μία μόνο λήψη. Κατά τη διάρκεια της αποστολής του, εκτιμάται ότι θα μπορούσε να μετρήσει το φως από περίπου ένα δισεκατομμύριο γαλαξίες.
Παράλληλα, ένα από τα πιο εντυπωσιακά χαρακτηριστικά του θα είναι η δυνατότητα να αποκρύπτει το έντονο φως άστρων, ώστε να παρατηρεί απευθείας πολύ πιο αμυδρά αντικείμενα γύρω τους. Με αυτόν τον τρόπο θα μπορεί να μελετήσει εξωπλανήτες και δίσκους όπου σχηματίζονται πλανήτες.
Το Roman θα πραγματοποιήσει επίσης μια πρωτοφανή στατιστική απογραφή των πλανητικών συστημάτων στον Γαλαξία μας, βοηθώντας τους επιστήμονες να κατανοήσουν πόσο συνηθισμένα είναι τα διαφορετικά είδη πλανητών.
Ταυτόχρονα, η αποστολή του αναμένεται να προσφέρει κρίσιμα δεδομένα για μερικά από τα μεγαλύτερα ερωτήματα της σύγχρονης αστρονομίας: τη φύση της σκοτεινής ενέργειας, την ποικιλία των εξωπλανητών και τη φυσική του υπέρυθρου Σύμπαντος.
https://science.nasa.gov/mission/roman-space-telescope/
Σκοτεινή Ενέργεια
Το Σύμπαν διαστέλλεται προς όλες τις κατευθύνσεις καθώς ο ίδιος ο χώρος διαστέλλεται, ίσως υπό την επίδραση μιας μυστηριώδους κοσμικής πίεσης που ονομάζεται σκοτεινή ενέργεια.
Γαλαξίες όπως ο δικός μας απομακρύνονται ο ένας από τον άλλον με ολοένα και μεγαλύτερη ταχύτητα, παρασυρόμενοι από μια αόρατη δύναμη. Όλα τα άστρα του Γαλαξία μας, τα σωματίδια που αποτελούν τη Γη, ακόμη και τα άτομα του σώματός μας, θα διαλύονταν αν δεν συγκρατούνταν από ισχυρότερες θεμελιώδεις δυνάμεις.
Παρότι η σκοτεινή ενέργεια έχει ελάχιστη επίδραση σε μικρές κλίμακες, κυριαρχεί στις τεράστιες αποστάσεις του Σύμπαντος. Υπολογίζεται ότι αποτελεί περίπου το 68% του συνολικού περιεχομένου του Σύμπαντος, όμως μέχρι σήμερα γνωρίζουμε ελάχιστα για την πραγματική της φύση.
Μάλιστα, όσο περισσότερα μαθαίνουμε, τόσο μεγαλύτερο γίνεται το μυστήριο. Οι πιο σύγχρονες και λεπτομερείς παρατηρήσεις δείχνουν ότι αυτή η παράξενη κοσμική πίεση ενδέχεται να μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου, γεγονός που θα μπορούσε να επηρεάσει ακόμη και την τελική μοίρα του Σύμπαντος.
Το Roman της NASA αναμένεται να ανοίξει μια νέα εποχή στην έρευνα της σκοτεινής ενέργειας, με στόχο να βοηθήσει τους επιστήμονες να αποκαλύψουν τη φύση αυτού του μεγάλου κοσμικού μυστηρίου.
Αποκαλύπτοντας τη σκοτεινή ενέργεια
Για να διαπιστώσουν αν η σκοτεινή ενέργεια υπάρχει πραγματικά —και, αν ναι, ποια είναι η φύση της— οι επιστήμονες μελετούν τον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρεται. Ωστόσο, όσο περισσότερα μαθαίνουμε για αυτό το κοσμικό μυστήριο, τόσο πιο περίπλοκο φαίνεται να γίνεται.
Πρόσφατες παρατηρήσεις αφήνουν να εννοηθεί ότι η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου, με τρόπους που οι επιστήμονες δεν μπορούν ακόμη να εξηγήσουν.
Η επόμενη γενιά διαστημικών αποστολών μελέτης της σκοτεινής ενέργειας θα αναζητήσει απαντήσεις χαρτογραφώντας δισεκατομμύρια γαλαξίες και παρακολουθώντας τον τρόπο με τον οποίο κινούνται, εξελίσσονται και παραμορφώνουν το φως. Με αυτόν τον τρόπο, οι επιστήμονες θα μπορέσουν να μετρήσουν με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια την διαστολή του Σύμπαντος και να την παρακολουθήσουν σε πολύ μεγαλύτερο χρονικό βάθος της κοσμικής ιστορίας.
Roman, Rubin και Ευκλείδης ανοίγουν μια νέα εποχή στην έρευνα της σκοτεινής ενέργειας
Όταν το Roman στρέψει το βλέμμα του προς το Σύμπαν, το μεγάλο οπτικό του πεδίο και η εξαιρετικά ευκρινής υπέρυθρη όρασή του θα επιτρέψουν στους επιστήμονες να συλλέξουν έναν τεράστιο όγκο πολύτιμων δεδομένων. Η αποστολή θα χρησιμοποιήσει πολλαπλές ανεξάρτητες μεθόδους μέτρησης για να ελέγξει το κοσμολογικό μας μοντέλο, από τις πρώιμες εποχές του Σύμπαντος έως τη σύγχρονη εποχή, με κάθε μέθοδο να λειτουργεί ως έλεγχος των υπολοίπων.
Η πρόσφατη ένδειξη ότι η σκοτεινή ενέργεια ενδέχεται να εξελίσσεται με την πάροδο του χρόνου θα μπορούσε να σημαίνει ότι άρχισε να επηρεάζει τη διαστολή του Σύμπαντος νωρίτερα απ’ όσο θεωρούσαν οι επιστήμονες. Το Roman θα μελετήσει τη διαστολή του Σύμπαντος σε πολύ πρώιμες κοσμικές εποχές, προσφέροντας μοναδικά δεδομένα για περιόδους που παραμένουν σε μεγάλο βαθμό απρόσιτες στα άλλα τηλεσκόπια.
Οι παρατηρήσεις αυτές θα μπορούσαν να επιβεβαιώσουν αν η σκοτεινή ενέργεια πράγματι μεταβάλλεται με τον χρόνο και, παράλληλα, να προσφέρουν σημαντικές ενδείξεις για το τι μπορεί να προκαλεί αυτή την απροσδόκητη συμπεριφορά.
https://science.nasa.gov/mission/roman-space-telescope/dark-energy/
Ο Όμιλος Φίλων Αστρονομίας στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης: facebook, instagram, x, tiktok, youtube
Εξωπλανήτες
Μέσα σε λίγο περισσότερο από μία γενιά, περάσαμε από το να γνωρίζουμε μόνο το δικό μας Ηλιακό Σύστημα στην ανακάλυψη χιλιάδων άλλων, πολύ πιο μακρινών κόσμων, γνωστών ως εξωπλανήτες.
Καθώς οι ανακαλύψεις νέων εξωπλανητών συνεχίζονται με ολοένα μεγαλύτερο ρυθμό, οι επιστήμονες δημιουργούν έναν όλο και πληρέστερο κατάλογο των πλανητών που υπάρχουν στον Γαλαξία μας.
Αναζητώντας νέους κόσμους
Οι περισσότεροι εξωπλανήτες που έχουν εντοπιστεί μέχρι σήμερα μοιάζουν παράξενοι και εξωτικοί σε σύγκριση με τους πλανήτες του Ηλιακού μας Συστήματος. Οι αστρονόμοι, όμως, αναζητούν με ιδιαίτερο ενδιαφέρον κόσμους που θα μπορούσαν να είναι παρόμοιοι με τη Γη και δυνητικά κατοικήσιμοι.
Η ανακάλυψη μικρών και αμυδρών πλανητών που περιφέρονται γύρω από πολύ μεγαλύτερα και λαμπρότερα άστρα είναι ιδιαίτερα δύσκολη. Μέχρι σήμερα, οι περισσότεροι γνωστοί εξωπλανήτες έχουν εντοπιστεί με τη μέθοδο των διαβάσεων (transit method): οι αστρονόμοι παρατηρούν μια μικρή, προσωρινή μείωση στη φωτεινότητα ενός άστρου όταν ένας πλανήτης περνά μπροστά από αυτό.
Το Roman αναμένεται να εντοπίσει περίπου 100.000 πλανήτες με αυτή τη μέθοδο. Ωστόσο, το βασικό εργαλείο αναζήτησής του θα είναι μια διαφορετική τεχνική, η βαρυτική μικροεστίαση (microlensing).
Βαρυτική μικροεστίαση
Η μέθοδος των διαβάσεων έχει οδηγήσει σε έναν εντυπωσιακό αλλά ελλιπή κατάλογο εξωπλανητών. Είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική στην ανίχνευση μεγάλων πλανητών, συχνά μεγαλύτερων από τον Ποσειδώνα, που βρίσκονται σε πολύ κοντινές τροχιές γύρω από τα άστρα τους.
Αν ένα πλανητικό σύστημα ήταν παρόμοιο με το δικό μας, οι παρατηρήσεις διαβάσεων θα μπορούσαν ακόμη και να μην εντοπίσουν κανέναν από τους πλανήτες του.
Η βαρυτική μικροεστίαση, αντίθετα, είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική στην αναζήτηση πλανητών που βρίσκονται στη κατοικήσιμη ζώνη ή σε μεγαλύτερες αποστάσεις από το άστρο τους. Με αυτή τη μέθοδο μπορούν να εντοπιστούν παγωμένοι γίγαντες, όπως ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας, αλλά ακόμη και περιπλανώμενοι πλανήτες (rogue planets) που ταξιδεύουν ελεύθερα στον Γαλαξία χωρίς να είναι βαρυτικά δεσμευμένοι σε κάποιο άστρο.
Οι παρατηρήσεις μικροεστίασης του Roman θα μπορούσαν έτσι να αποκαλύψουν σώματα ανάλογα σχεδόν όλων των τύπων πλανητών που υπάρχουν στο Ηλιακό μας Σύστημα.
Η βαρυτική μικροεστίαση βασίζεται σε ένα εντυπωσιακό φαινόμενο του χωροχρόνου. Όταν ένα άστρο ή ένας πλανήτης βρεθεί σχεδόν σε τέλεια ευθυγράμμιση με ένα πολύ πιο μακρινό άστρο, η βαρύτητα του κοντινότερου αντικειμένου καμπυλώνει τον χωροχρόνο και εκτρέπει το φως του μακρινού άστρου.
Το κοντινό αντικείμενο λειτουργεί έτσι σαν ένας φυσικός κοσμικός μεγεθυντικός φακός, προκαλώντας μια προσωρινή αύξηση της φωτεινότητας του μακρινού άστρου. Αυτή η χαρακτηριστική μεταβολή στο φως αποκαλύπτει την παρουσία ενός ενδιάμεσου αντικειμένου, ακόμη και όταν αυτό δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα.
Μέχρι σήμερα, η μικροεστίαση έχει αποκαλύψει μόλις περίπου το 2% των γνωστών εξωπλανητών, καθώς τα σήματα είναι εξαιρετικά δύσκολο να εντοπιστούν. Οι επίγειες παρατηρήσεις παρεμποδίζονται από την ατμόσφαιρα της Γης, ενώ τα γεγονότα μικροεστίασης είναι σπάνια και πολύ σύντομα, διαρκώντας από λίγες ώρες έως μερικές ημέρες.
Το Roman θα παρατηρήσει την πυκνή κεντρική περιοχή του Γαλαξία μας, παρακολουθώντας με το ευρύ και βαθύ οπτικό του πεδίο το φως εκατοντάδων εκατομμυρίων άστρων. Είναι πιθανό να καταρρίψει το ρεκόρ για τον πιο μακρινό εξωπλανήτη που έχει ανακαλυφθεί ποτέ, προσφέροντας μια ματιά σε μια διαφορετική γειτονιά του Γαλαξία.
Η ανακάλυψη πλανητών με ένα τεράστιο εύρος μαζών και τροχιακών αποστάσεων θα βοηθήσει τους επιστήμονες να δημιουργήσουν μια πολύ πιο πλήρη απογραφή των πλανητικών σωμάτων του Γαλαξία.
Άμεση απεικόνιση
Οι εξωπλανήτες είναι τόσο αμυδροί και τόσο μακρινοί ώστε είναι σχεδόν αόρατοι ακόμη και για τα ισχυρότερα τηλεσκόπια. Γι’ αυτό σχεδόν όλοι οι πλανήτες που γνωρίζουμε μέχρι σήμερα έχουν ανακαλυφθεί έμμεσα, μέσω της επίδρασής τους στο άστρο γύρω από το οποίο περιφέρονται.
Οι τεχνολογικές εξελίξεις, όμως, επιτρέπουν πλέον στους αστρονόμους να φωτογραφίζουν απευθείας εξωπλανήτες.
Οι πλανήτες είναι δισεκατομμύρια φορές πιο αμυδροί από τα άστρα τους και συνήθως χάνονται μέσα στην εκτυφλωτική λάμψη τους. Με τη χρήση ενός στεμματογράφου, ο οποίος αποκρύπτει το φως του άστρου, οι επιστήμονες μπορούν να απομονώσουν το πολύ πιο αμυδρό φως των πλανητών που βρίσκονται σε τροχιά γύρω του.
Το Roman θα διαθέτει έναν στεμματογράφο, σχεδιασμένο να επιδείξει νέες τεχνολογίες για την απευθείας φωτογράφιση πλανητών και δίσκων σκόνης γύρω από κοντινά άστρα. Η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να προσφέρει έως και 1.000 φορές μεγαλύτερη λεπτομέρεια από ό,τι είναι σήμερα δυνατό με άλλα παρατηρητήρια.
Παρότι το Roman είναι κατά κύριο λόγο υπέρυθρο τηλεσκόπιο, ο στεμματογράφος του θα μπορεί να απεικονίζει εξωπλανήτες και στο ορατό φως. Οι παρατηρήσεις από το διάστημα θα επιτρέψουν στους αστρονόμους να μελετήσουν μικρότερους, παλαιότερους και ψυχρότερους πλανήτες από αυτούς που συνήθως μπορούν να αποκαλυφθούν με την άμεση απεικόνιση.
Έτσι, το Roman θα κάνει ένα σημαντικό βήμα προς έναν από τους μεγαλύτερους στόχους της εξωπλανητικής αστρονομίας: την άμεση απεικόνιση κόσμων που μοιάζουν με τη Γη, ξεκινώντας με την απευθείας φωτογράφιση πλανητών ανάλογων του Δία.
Σκοτεινή Ύλη
Οι επιστήμονες προσπαθούν να προσδιορίσουν από τι αποτελείται η σκοτεινή ύλη, όμως η σημερινή μας κατανόηση εξακολουθεί να έχει σημαντικά κενά. Το διαστημικό τηλεσκόπιο Roman θα βοηθήσει να φωτιστεί αυτό το μυστήριο, μελετώντας τη δομή και την κατανομή τόσο της κανονικής όσο και της σκοτεινής ύλης στο Σύμπαν, σε διαφορετικές εποχές της κοσμικής ιστορίας.
Τι είναι η σκοτεινή ύλη;
Οι επιστήμονες υποψιάστηκαν για πρώτη φορά την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης πριν από περισσότερα από 80 χρόνια. Ο Ελβετοαμερικανός αστρονόμος Fritz Zwicky παρατήρησε ότι οι γαλαξίες στο σμήνος της Κόμης της Βερενίκης κινούνταν τόσο γρήγορα, ώστε κανονικά θα έπρεπε να είχαν εκσφενδονιστεί στο διάστημα. Ωστόσο, παρέμεναν βαρυτικά δεσμευμένοι στο σμήνος, γεγονός που υποδήλωνε την παρουσία μιας αόρατης μορφής ύλης.
Τη δεκαετία του 1970, η Αμερικανίδα αστρονόμος Vera Rubin εντόπισε ένα παρόμοιο πρόβλημα σε μεμονωμένους σπειροειδείς γαλαξίες. Τα άστρα στις εξωτερικές περιοχές των γαλαξιών κινούνταν πολύ γρήγορα για να συγκρατούνται μόνο από τη κανονική ύλη που μπορούμε να δούμε. Θα έπρεπε, επομένως, να υπάρχει πολύ περισσότερη ύλη από αυτή που είναι ορατή, ώστε να διατηρούνται τα άστρα στις τροχιές τους.
Από τότε, οι επιστήμονες προσπαθούν να λύσουν αυτό το κοσμικό μυστήριο, βασιζόμενοι σε περιορισμένα αλλά σημαντικά στοιχεία. Σήμερα υπάρχουν πολλές υποψήφιες μορφές σωματιδίων που θα μπορούσαν να αποτελούν τη σκοτεινή ύλη. Δεν γνωρίζουμε όμως ούτε τη μάζα αυτών των σωματιδίων, γεγονός που δυσκολεύει σημαντικά την αναζήτηση και την ανίχνευσή τους.
Το Roman θα προσφέρει μια πρωτοφανώς λεπτομερή εικόνα της κατανομής των γαλαξιών και των σμηνών γαλαξιών σε ολόκληρο το Σύμπαν. Επειδή η σκοτεινή ύλη επηρεάζει το φως και την κίνηση της ορατής ύλης μέσω της βαρύτητας, οι τεράστιες παρατηρησιακές έρευνες του Roman θα επιτρέψουν στους επιστήμονες να χαρτογραφήσουν τη σκοτεινή ύλη με εξαιρετική ακρίβεια.
Τα δεδομένα αυτά αναμένεται να προσφέρουν νέα στοιχεία για τη θεμελιώδη φύση της σκοτεινής ύλης και να βοηθήσουν τους επιστήμονες να βελτιώσουν τις μεθόδους με τις οποίες αναζητούν τα άγνωστα σωματίδιά της.
Ρυτιδώσεις στον χωροχρόνο
Αν η σκοτεινή ύλη είναι αόρατη, πώς γνωρίζουμε ότι υπάρχει; Παρότι στις περισσότερες περιπτώσεις δεν αλληλεπιδρά άμεσα με την κανονική ύλη, ασκεί βαρυτική επίδραση πάνω της. Αυτός ήταν άλλωστε και ο τρόπος με τον οποίο εντοπίστηκαν τα πρώτα στοιχεία για την ύπαρξή της πριν από δεκαετίες. Έτσι, οι επιστήμονες μπορούν να χαρτογραφήσουν την παρουσία της μελετώντας τα σμήνη γαλαξιών, τις μεγαλύτερες βαρυτικά δεσμευμένες δομές του Σύμπαντος.
Το φως ταξιδεύει πάντα σε ευθεία γραμμή, όμως ο χωροχρόνος, ο ίδιος ο «ιστός» του Σύμπαντος, καμπυλώνεται από τις συγκεντρώσεις μάζας. Όταν λοιπόν το φως περνά κοντά από μια μεγάλη μάζα, η διαδρομή του καμπυλώνεται επίσης. Έτσι, το φως από έναν μακρινό γαλαξία που κανονικά θα περνούσε κοντά από ένα σμήνος γαλαξιών μπορεί να εκτραπεί προς αυτό και γύρω του, δημιουργώντας ενισχυμένες ή ακόμη και πολλαπλές εικόνες της μακρινής πηγής.
Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ισχυρός βαρυτικός φακός και μετατρέπει τα σμήνη γαλαξιών σε τεράστια φυσικά τηλεσκόπια. Χάρη σε αυτά, μπορούμε να παρατηρήσουμε πολύ μακρινά κοσμικά αντικείμενα που υπό κανονικές συνθήκες θα ήταν υπερβολικά αμυδρά για να τα δούμε.
Όσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα της ύλης, τόσο ισχυρότερη είναι και η βαρυτική παραμόρφωση του φωτός. Επομένως, οι παρατηρήσεις βαρυτικού φακού επιτρέπουν στους επιστήμονες να προσδιορίσουν πού βρίσκεται η ύλη και πόση είναι μέσα στα σμήνη γαλαξιών. Οι παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι η ορατή ύλη από μόνη της δεν επαρκεί για να εξηγήσει τις παρατηρούμενες παραμορφώσεις του χωροχρόνου. Η σκοτεινή ύλη παρέχει την επιπλέον βαρύτητα που απαιτείται.
Οι επιστήμονες έχουν επιβεβαιώσει αυτές τις παρατηρήσεις εξετάζοντας επίσης τη σύνθεση του πολύ πρώιμου Σύμπαντος. Πειράματα όπως το Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) της NASA επέτρεψαν τη μέτρηση της ποσότητας της «κανονικής» και της σκοτεινής ύλης.
Παρότι η κανονική ύλη αποτελεί όλα όσα μπορούμε να δούμε γύρω μας, οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι το Σύμπαν περιέχει περισσότερη από πενταπλάσια ποσότητα σκοτεινής ύλης σε σχέση με την κανονική ύλη.
Το Roman θα ρίξει φως στη σκοτεινή ύλη
Το Roman θα αξιοποιήσει τις προηγούμενες μελέτες για τη σκοτεινή ύλη, χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται ασθενής βαρυτική εστίαση. Η μέθοδος αυτή επιτρέπει στους επιστήμονες να εντοπίζουν μικρότερες συγκεντρώσεις σκοτεινής ύλης, παρατηρώντας τον τρόπο με τον οποίο παραμορφώνουν φαινομενικά τα σχήματα πολύ πιο μακρινών γαλαξιών. Η μελέτη αυτών των λεπτών βαρυτικών επιδράσεων θα βοηθήσει να καλυφθούν σημαντικά κενά στην κατανόησή μας για τη σκοτεινή ύλη.
Το Roman θα μετρήσει τη θέση και την ποσότητα τόσο της κανονικής όσο και της σκοτεινής ύλης σε εκατοντάδες εκατομμύρια γαλαξίες. Σε ολόκληρη την κοσμική ιστορία, η σκοτεινή ύλη έχει διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στον σχηματισμό και την εξέλιξη των άστρων και των γαλαξιών.
Η φύση των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης θα μπορούσε να επηρεάζει σημαντικά τον τρόπο με τον οποίο εξελίχθηκε το Σύμπαν. Αν η σκοτεινή ύλη αποτελείται από βαριά και αργά κινούμενα σωματίδια, θα πρέπει να συγκεντρώνεται σχετικά εύκολα υπό την επίδραση της βαρύτητας. Σε αυτή την περίπτωση, το Roman θα μπορούσε να εντοπίσει ενδείξεις για τον σχηματισμό γαλαξιών ήδη από πολύ πρώιμες εποχές του Σύμπαντος.
Αντίθετα, αν αποτελείται από ελαφρύτερα και ταχύτερα κινούμενα σωματίδια, θα χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να συγκεντρωθεί σε μεγάλες δομές. Ο σχηματισμός γαλαξιών και άλλων κοσμικών δομών θα πρέπει τότε να έχει εξελιχθεί με διαφορετικό ρυθμό.
Με τις μελέτες βαρυτικής εστίασης, το Roman θα μπορεί ουσιαστικά να κοιτάξει πίσω στον χρόνο, παρακολουθώντας πώς σχηματίστηκαν και εξελίχθηκαν οι γαλαξίες και τα σμήνη γαλαξιών υπό την επίδραση της σκοτεινής ύλης.
Αν οι αστρονόμοι καταφέρουν να περιορίσουν σημαντικά τον αριθμό των πιθανών υποψηφίων για τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης, θα έχουμε κάνει ένα ακόμη σημαντικό βήμα προς τον τελικό στόχο: την άμεση ανίχνευση της σκοτεινής ύλης σε πειράματα στη Γη.
Έρευνες μεγάλης έκτασης στο εγγύς υπέρυθρο
Παρότι το Roman έχει σχεδιαστεί για να μελετήσει συγκεκριμένα κοσμικά φαινόμενα, όπως η σκοτεινή ενέργεια, οι ευρείες και βαθιές παρατηρήσεις του θα προσφέρουν έναν πραγματικό θησαυρό επιστημονικών δεδομένων.
Αυτό το τεράστιο αρχείο παρατηρήσεων θα μπορεί να αξιοποιηθεί όχι μόνο για τους βασικούς στόχους της αποστολής, αλλά και για ένα ευρύ φάσμα πρόσθετων ερευνών. Η δυνατότητα του Roman να παρατηρεί μεγάλες περιοχές του ουρανού στο εγγύς υπέρυθρο θα επιτρέψει στους επιστήμονες να μελετήσουν με πρωτοφανή λεπτομέρεια γαλαξίες, άστρα και άλλα κοσμικά αντικείμενα, αποκαλύπτοντας φαινόμενα που μέχρι σήμερα παραμένουν δύσκολο ή αδύνατο να παρατηρηθούν.
Τα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια της κοσμικής ιστορίας
Η High Latitude Wide Area Survey του Roman θα συνδυάσει τις δυνατότητες της απεικόνισης και της φασματοσκοπίας, με στόχο να αποκαλύψει περισσότερους από ένα δισεκατομμύριο γαλαξίες. Αν και βασικός στόχος της έρευνας είναι η μελέτη της σκοτεινής ενέργειας, οι τεράστιες και βαθιές τρισδιάστατες εικόνες του Roman θα περιέχουν τόσο μεγάλο όγκο πληροφοριών για το Σύμπαν, ώστε οι αστρονόμοι θα μπορούν να μελετήσουν ένα εντυπωσιακά ευρύ φάσμα διαφορετικών θεμάτων χρησιμοποιώντας τα ίδια δεδομένα.
Συνήθως οι αστρονόμοι πρέπει να επιλέξουν ανάμεσα σε μια ευρεία αλλά σχετικά ρηχή παρατήρηση και σε μια πολύ βαθιά και ευαίσθητη εικόνα, καθώς ο χρόνος ενός τηλεσκοπίου είναι πολύτιμος. Το Roman, όμως, χάρη στο τεράστιο πεδίο θέασής του και την ικανότητά του να παρατηρεί στο υπέρυθρο, θα μπορεί να κοιτάζει μακριά και σε μεγάλη έκταση ταυτόχρονα.
Αυτό θα συμπληρώσει τις μέχρι σήμερα παρατηρήσεις του πρώιμου Σύμπαντος, οι οποίες συχνά καλύπτουν πολύ μικρές περιοχές του ουρανού και ενδέχεται να μην αντιπροσωπεύουν πλήρως την κοσμική εικόνα εκείνης της εποχής. Η πρωτοφανής ευρεία ματιά του Roman στα «οικοσυστήματα» του πρώιμου Σύμπαντος θα προσφέρει μια πολύ πιο ολοκληρωμένη εικόνα για το πώς ήταν το Σύμπαν στα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια της ιστορίας του.
Μεταξύ άλλων, το Roman αναμένεται να αποκαλύψει τις πρώτες γενιές γαλαξιών και κβάζαρ,δηλαδή εξαιρετικά λαμπρούς κοσμικούς «φάρους», που τροφοδοτούνται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Η μαύρη τρύπα απορροφά ύλη από το περιβάλλον της και, καθώς αυτή πέφτει προς το εσωτερικό της, απελευθερώνεται τεράστια ποσότητα ακτινοβολίας.
Οι επιστήμονες αναμένουν ότι το Roman θα εντοπίσει εκατοντάδες αμυδρά και πολύ μακρινά κβάζαρ, δίνοντάς τους τη δυνατότητα να μελετήσουν πώς αναπτύσσονται οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες και πώς επηρεάζουν το κοσμικό περιβάλλον τους. Παράλληλα, το τηλεσκόπιο αναμένεται να ανιχνεύσει δεκάδες χιλιάδες από τους αρχαιότερους γαλαξίες.
Το τεράστιο αυτό αρχείο δεδομένων θα λειτουργήσει και ως ένας «χάρτης» για μελλοντικές παρατηρήσεις. Οι αστρονόμοι θα μπορούν να αναζητήσουν μέσα σε αυτό τους πιο ενδιαφέροντες στόχους για λεπτομερέστερη μελέτη από το James Webb Space Telescope (JWST). Το Webb διαθέτει μικρότερο πεδίο θέασης, αλλά πολύ ισχυρές δυνατότητες παρατήρησης, επιτρέποντας στους επιστήμονες να εξετάσουν τους πιο σημαντικούς στόχους με πολύ μεγαλύτερη λεπτομέρεια.
Ρεύματα άστρων
Το Roman αναμένεται να αποκαλύψει λεπτά, αμυδρά ρεύματα άστρων που εκτείνονται πολύ πέρα από τα όρια πολλών γαλαξιών. Οι εντυπωσιακές αυτές δομές σχηματίζονται όταν ένας μεγαλύτερος γαλαξίας «καταπίνει» μια μικρότερη ομάδα άστρων. Καθώς η μικρότερη ομάδα διαλύεται, άστρα απομακρύνονται σταδιακά από αυτήν και σχηματίζουν τόξα και βρόχους γύρω από τον μεγαλύτερο γαλαξία, μέχρι τελικά να γίνουν μέρος του.
Οι αστρονόμοι έχουν ήδη παρατηρήσει αυτή τη διαδικασία γαλαξιακού «κανιβαλισμού» με τηλεσκόπια όπως ο δορυφόρος Gaia του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA), ο οποίος έχει σχεδιαστεί για να μετρά με εξαιρετική ακρίβεια τις θέσεις και τις κινήσεις των άστρων στον Γαλαξία μας.
Το Roman θα επεκτείνει αυτές τις μελέτες, πραγματοποιώντας αντίστοιχες μετρήσεις άστρων τόσο στον Γαλαξία μας όσο και σε άλλους γαλαξίες. Χάρη στο μεγάλο πεδίο θέασης, την υψηλή ευκρίνεια και την ευαισθησία του, θα μπορεί ακόμη και να αποκαλύψει μεμονωμένα άστρα μέσα σε αυτές τις τεράστιες και εξαιρετικά αμυδρές δομές.
Τα ρεύματα άστρων μπορούν να αποτελέσουν ένα ιδιαίτερα χρήσιμο εργαλείο για τη μελέτη της σκοτεινής ύλης. Παρακολουθώντας τον τρόπο με τον οποίο επηρεάζονται από τη βαρύτητα του Γαλαξία, οι αστρονόμοι μπορούν να αναζητήσουν ενδείξεις για τη φύση της αόρατης ύλης, την οποία μπορούμε να ανιχνεύσουμε μόνο μέσω των βαρυτικών επιδράσεών της πάνω στην ορατή ύλη.
Μία από τις θεωρίες υποστηρίζει ότι η σκοτεινή ύλη είναι «ψυχρή», δηλαδή αποτελείται από σχετικά βαριά και αργά κινούμενα σωματίδια. Αν ισχύει αυτό, θα πρέπει να συγκεντρώνεται σε μεγάλες ποσότητες γύρω από τους γαλαξίες, σχηματίζοντας τη λεγόμενη άλω σκοτεινής ύλης.
Αυτές οι συγκεντρώσεις θα μπορούσαν να προκαλούν μικρές διαταραχές στην πορεία των ρευμάτων άστρων. Το Roman ίσως μπορέσει να εντοπίσει τέτοιες παραμορφώσεις ή, αντίθετα, να αποκλείσει την παρουσία τους.
Με αυτόν τον τρόπο, τα λεπτά «ρυάκια» άστρων θα μπορούσαν να γίνουν ένας κοσμικός ανιχνευτής της σκοτεινής ύλης, βοηθώντας τους επιστήμονες να περιορίσουν τις πιθανότητες για το από τι αποτελείται αυτή η μυστηριώδης μορφή ύλης.
Ανακαλύπτοντας τα ακραία φαινόμενα του Σύμπαντος
Το Roman θα εντοπίσει σπάνια και ακραία κοσμικά αντικείμενα, μεταξύ των οποίων εξαιρετικά μακρινά κβάζαρ και γαλαξίες που σχηματίζουν νέα άστρα με εντυπωσιακά γρήγορους ρυθμούς.
Σήμερα, οι περισσότεροι γαλαξίες είναι τεράστιες δομές και σχετικά «ήρεμοι», με τον ρυθμό σχηματισμού νέων άστρων να είναι αρκετά χαμηλός. Όμως, κοιτάζοντας όλο και πιο μακριά στο διάστημα, και επομένως όλο και πιο πίσω στον χρόνο, οι αστρονόμοι βλέπουν ότι οι πολύ νεαροί γαλαξίες ήταν συνήθως μικρότεροι και εξαιρετικά δραστήριοι, δημιουργώντας νέα άστρα με πολύ γρήγορο ρυθμό.
Το Roman θα επικεντρωθεί σε γαλαξίες που εκπέμπουν συγκεκριμένες μορφές φωτός. Μελετώντας αυτή την ακτινοβολία, οι επιστήμονες θα μπορέσουν να προσδιορίσουν πόσο γρήγορα σχηματίζονταν τα άστρα σε διαφορετικές εποχές της κοσμικής ιστορίας και να κατανοήσουν καλύτερα την εξέλιξη των γαλαξιών.
Παράλληλα, το Roman αναμένεται να εντοπίσει μεγάλα δείγματα εξαιρετικά μακρινών κβάζαρ. Οι παρατηρήσεις τους θα βοηθήσουν τους αστρονόμους να διερευνήσουν ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της πρώιμης κοσμικής ιστορίας: πώς σχηματίστηκαν οι πρώτες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες και πώς κατάφεραν να αποκτήσουν τόσο τεράστιες μάζες σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα.
Ταυτόχρονα, το Roman θα εντοπίσει στόχους που άλλα παρατηρητήρια, όπως το James Webb Space Telescope, είναι πολύ λιγότερο πιθανό να βρουν από μόνα τους. Οι στόχοι αυτοί θα μπορούν στη συνέχεια να μελετηθούν λεπτομερέστερα, βοηθώντας τους επιστήμονες να παρακολουθήσουν πώς τα στοιχεία βαρύτερα από το υδρογόνο και το ήλιο σχηματίστηκαν και διασκορπίστηκαν για πρώτη φορά στο Σύμπαν.
Με αυτόν τον τρόπο, το Roman θα λειτουργήσει όχι μόνο ως ένα ισχυρό τηλεσκόπιο ανακάλυψης, αλλά και ως ένας κοσμικός χάρτης για την επιλογή των πιο ενδιαφερόντων στόχων που θα μελετήσουν στη συνέχεια τα ισχυρότερα τηλεσκόπια της νέας γενιάς.
Βαρυονικές Ακουστικές Ταλαντώσεις
Το Roman θα ανιχνεύσει τα απομεινάρια αρχέγονων ηχητικών κυμάτων, γνωστών ως βαρυονικές ακουστικές ταλαντώσεις, τα οποία κάποτε διαδίδονταν μέσα στην αρχέγονη κοσμική «θάλασσα» ύλης και ακτινοβολίας.
Οι παρατηρήσεις του τηλεσκοπίου θα μπορούσαν να επεκτείνουν τις μετρήσεις των BAOs σε μια μέχρι σήμερα ανεξερεύνητη εποχή της κοσμικής ιστορίας. Αυτό θα επιτρέψει στους αστρονόμους να παρακολουθήσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια πώς εξελίχθηκε το Σύμπαν και πώς μεταβλήθηκε ο ρυθμός διαστολής του με την πάροδο του χρόνου.
Τα απομεινάρια των πρώτων ηχητικών κυμάτων του Σύμπαντος
Για το μεγαλύτερο μέρος των πρώτων 500.000 ετών της ιστορίας του, το Σύμπαν ήταν εντελώς διαφορετικό από αυτό που γνωρίζουμε σήμερα. Δεν υπήρχαν ακόμη άστρα και γαλαξίες. Αντί γι’ αυτά, το Σύμπαν ήταν γεμάτο από μια θάλασσα πλάσματος, δηλαδή φορτισμένων σωματιδίων, που σχημάτιζαν ένα πυκνό και σχεδόν ομοιόμορφο ρευστό. Ωστόσο, υπήρχαν απειροελάχιστες διακυμάνσεις στην πυκνότητά του, της τάξης του ενός μέρους στα 100.000.
Ορισμένες περιοχές είχαν ελαφρώς περισσότερη ύλη από τον μέσο όρο. Θα μπορούσαμε να τις φανταστούμε σαν λίγα γραμμάρια κανέλας μέσα σε περίπου 13.000 φλιτζάνια ζύμης για μπισκότα. Επειδή αυτές οι μικρές συγκεντρώσεις είχαν περισσότερη μάζα, η βαρύτητά τους προσέλκυε ακόμη περισσότερη ύλη.
Το Σύμπαν ήταν όμως τόσο θερμό, ώστε τα σωματίδια δεν μπορούσαν να ενωθούν όταν συγκρούονταν. Αντί να «κολλήσουν», απωθούνταν και αναπηδούσαν το ένα πάνω στο άλλο. Η συνεχής εναλλαγή ανάμεσα στην έλξη της βαρύτητας και την απωθητική πίεση του πλάσματος δημιουργούσε κύματα πίεσης, ουσιαστικά ηχητικά κύματα, τα οποία διαδίδονταν μέσα στο αρχέγονο πλάσμα.
Με την πάροδο του χρόνου, το Σύμπαν άρχισε να ψύχεται. Τα σωματίδια μπόρεσαν τελικά να ενωθούν και να σχηματίσουν ουδέτερα άτομα. Όταν σταμάτησε η απώθηση μεταξύ των φορτισμένων σωματιδίων, τα κύματα έπαψαν να διαδίδονται. Τα ίχνη τους, όμως, παρέμειναν αποτυπωμένα στον ίδιο τον ιστό του Σύμπαντος.
Όταν σχηματίστηκαν τα άτομα, οι κυματισμοί αυτοί ουσιαστικά «πάγωσαν» στη θέση τους. Κάθε κυματισμός περιείχε λίγο περισσότερη ύλη από τον κοσμικό μέσο όρο. Καθώς εξαφανίστηκε η απωθητική πίεση του πλάσματος, η βαρύτητα έγινε η κυρίαρχη δύναμη.
Κατά τη διάρκεια των επόμενων εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών, οι πυκνότερες περιοχές του αρχέγονου πλάσματος άρχισαν να συγκεντρώνουν όλο και περισσότερη ύλη. Σχηματίστηκαν τα πρώτα άστρα, ενώ η αμοιβαία βαρυτική έλξη συγκέντρωσε τα άστρα σε μεγαλύτερες ομάδες, οδηγώντας τελικά στον σχηματισμό των γαλαξιών που βλέπουμε σήμερα. Μάλιστα, λίγο περισσότεροι γαλαξίες σχηματίστηκαν κατά μήκος αυτών των αρχέγονων κυματισμών σε σχέση με τις ενδιάμεσες περιοχές.
Παρότι τα κύματα δεν διαδίδονταν πλέον, οι «παγωμένοι» κυματισμοί διατάθηκαν μαζί με το ίδιο το Σύμπαν καθώς αυτό διαστελλόταν. Έτσι, αυξήθηκε σταδιακά η απόσταση μεταξύ των γαλαξιών.
Το αποτύπωμα αυτών των αρχέγονων κυμάτων είναι γνωστό ως Βαρυονικές Ακουστικές Ταλαντώσεις (Baryon Acoustic Oscillations, BAO). Μελετώντας τον τρόπο με τον οποίο κατανέμονται οι γαλαξίες σε διαφορετικές εποχές της κοσμικής ιστορίας, οι επιστήμονες μπορούν να μετρήσουν πώς διαστελλόταν το Σύμπαν με την πάροδο του χρόνου.
Οι αστρονόμοι έχουν ήδη εντοπίσει ένα χαρακτηριστικό μοτίβο στην κατανομή των γαλαξιών στο σχετικά κοντινό Σύμπαν. Για έναν γαλαξία που παρατηρούμε σήμερα, είναι πιθανότερο να βρούμε έναν άλλο γαλαξία σε απόσταση περίπου 500 εκατομμυρίων ετών φωτός, παρά λίγο πιο κοντά ή λίγο πιο μακριά.
Όσο όμως κοιτάζουμε βαθύτερα στο Διάστημα και επομένως πιο πίσω στον χρόνο, αυτή η χαρακτηριστική απόσταση μειώνεται. Αυτό συμβαίνει επειδή παρατηρούμε το ίδιο αρχέγονο αποτύπωμα των «παγωμένων» BAO σε μια εποχή όπου το Σύμπαν ήταν μικρότερο και είχε διασταλεί λιγότερο.
Το Roman θα χαρτογραφήσει τη διαστολή του Σύμπαντος
Το Roman θα επεκτείνει τις προηγούμενες έρευνες, χαρτογραφώντας τη διαστολή του Σύμπαντος με πρωτοφανή λεπτομέρεια. Μελέτες δείχνουν ότι οι έρευνες του Roman θα μπορούν να εντοπίσουν τα απομεινάρια των Βαρυονικών Ακουστικών Ταλαντώσεων σε απόσταση έως και πέντε φορές μεγαλύτερη από αυτή που είχε αρχικά προβλεφθεί. Αυτό σημαίνει ότι οι επιστήμονες θα μπορούν να μελετήσουν το Σύμπαν όταν ήταν μόλις περίπου 600 εκατομμυρίων ετών, δηλαδή μόλις το 4% της σημερινής του ηλικίας.
Η καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο διαστελλόταν το Σύμπαν με την πάροδο του χρόνου θα επιτρέψει στους επιστήμονες να μελετήσουν τη σκοτεινή ενέργεια, μια μυστηριώδη μορφή ενέργειας που συνδέεται με την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος.
Το Roman έχει σχεδιαστεί ώστε να μελετήσει ιδιαίτερα αποτελεσματικά τα αποτυπώματα των BAO σε μια περίοδο που καλύπτει μεγάλο μέρος της ενδιάμεσης κοσμικής ιστορίας. Πρόκειται για μια κρίσιμη εποχή, καθώς οι επιστήμονες εκτιμούν ότι τότε η σκοτεινή ενέργεια πέρασε από έναν σχετικά δευτερεύοντα ρόλο στη συνολική ενεργειακή σύνθεση του Σύμπαντος στο να γίνει η κυρίαρχη δύναμη που επηρεάζει τη διαστολή του.
Ωστόσο, ορισμένες θεωρίες υποστηρίζουν ότι η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να είχε παρουσιάσει σημαντική δραστηριότητα ακόμη και όταν το Σύμπαν ήταν πολύ νεότερο.
Με το να κοιτάξει τόσο βαθιά στο παρελθόν, το Roman θα προσθέσει νέα κομμάτια στο κοσμικό παζλ, βοηθώντας τους αστρονόμους να κατανοήσουν πώς εξελίχθηκε η σκοτεινή ενέργεια και πώς διαμόρφωσε τη μακροχρόνια ιστορία της διαστολής του Σύμπαντος.
Η διαστολή του Σύμπαντος και η σκοτεινή ενέργεια
Η High Latitude Wide Area Survey του Roman θα επιτρέψει στους αστρονόμους να παρακολουθήσουν πώς έχει αλλάξει η κατανομή των γαλαξιών στο πέρασμα του κοσμικού χρόνου, προσφέροντας νέα στοιχεία για την εξέλιξη της σκοτεινής ενέργειας.
Μία από τις σημαντικότερες τεχνικές για τη μελέτη της σκοτεινής ενέργειας είναι η μέτρηση της ερυθράς μετατόπισης (redshift). Επειδή ο ίδιος ο χώρος διαστέλλεται, όσο πιο μακριά κοιτάζουμε στο Σύμπαν τόσο πιο γρήγορα απομακρύνονται από εμάς οι μακρινοί γαλαξίες. Η απομάκρυνση αυτή προκαλεί μια μετρήσιμη μετατόπιση του φωτός τους προς μεγαλύτερα μήκη κύματος, δηλαδή προς το ερυθρό τμήμα του φάσματος.
Η ερυθρά μετατόπιση μας δίνει έτσι πληροφορίες για το πόσο γρήγορα η διαστολή του Σύμπαντος απομακρύνει έναν γαλαξία από εμάς. Αν οι αστρονόμοι μπορέσουν να προσδιορίσουν ανεξάρτητα και την απόσταση του γαλαξία, έχουν στη διάθεσή τους δύο κρίσιμα στοιχεία: πόσο μακριά βρίσκεται και πόσο έχει μετατοπιστεί το φως του.
Συνδυάζοντας αυτές τις μετρήσεις, μπορούν να ανακατασκευάσουν πόσο είχε διασταλεί το Σύμπαν κατά τη διάρκεια του ταξιδιού του φωτός από τον συγκεκριμένο γαλαξία μέχρι τη Γη.
Το Roman θα χαρτογραφήσει τις θέσεις και τις αποστάσεις εκατομμυρίων γαλαξιών, δημιουργώντας έναν τεράστιο τρισδιάστατο χάρτη του Σύμπαντος. Συγκρίνοντας την κατανομή των γαλαξιών σε διαφορετικές κοσμικές εποχές, οι αστρονόμοι θα μπορέσουν να παρακολουθήσουν την ιστορία της διαστολής και να διερευνήσουν πώς εξελίχθηκε η σκοτεινή ενέργεια μέσα στον χρόνο.
Έτσι, το Roman θα βοηθήσει να απαντηθεί ένα από τα σημαντικότερα ερωτήματα της σύγχρονης κοσμολογίας: γιατί η διαστολή του Σύμπαντος επιταχύνεται και ποιος είναι ο πραγματικός ρόλος της σκοτεινής ενέργειας σε αυτή την επιτάχυνση;
Υπερκαινοφανείς Αστέρες Τύπου Ia
Το Roman θα παρατηρήσει χιλιάδες υπερκαινοφανείς εκρήξεις (σουπερνόβα) σε τεράστιες αποστάσεις και σε διαφορετικές εποχές της κοσμικής ιστορίας.
Αξιοποιώντας αυτές τις παρατηρήσεις, οι αστρονόμοι θα προσπαθήσουν να ρίξουν φως σε ορισμένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του Σύμπαντος, με κυριότερο τη φύση της σκοτεινής ενέργειας.
Οι υπερκαινοφανείς τύπου Ia είναι ιδιαίτερα σημαντικοί επειδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως σταθεροί δείκτες (standrad candles), επιτρέποντας στους επιστήμονες να μετρήσουν αποστάσεις και να συγκρίνουν τη διαστολή του Σύμπαντος σε διαφορετικές χρονικές περιόδους.
Οι σουπερνόβα ως «κοσμικά κεριά»
Η έρευνα του Roman για τα σουπερνόβα θα βοηθήσει να ξεκαθαρίσουν οι αντικρουόμενες μετρήσεις σχετικά με το πόσο γρήγορα διαστέλλεται σήμερα το Σύμπαν. Παράλληλα, θα προσφέρει έναν νέο τρόπο μελέτης της κατανομής της σκοτεινής ύλης, η οποία δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα αλλά αποκαλύπτεται μέσω των βαρυτικών επιδράσεών της.
Ένας από τους βασικούς επιστημονικούς στόχους της αποστολής είναι η χρήση σουπερνόβα για την καλύτερη κατανόηση της σκοτεινής ενέργειας — της μυστηριώδους κοσμικής συνιστώσας που συνδέεται με την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος.
Το Roman θα μελετήσει τη σκοτεινή ενέργεια με διάφορες μεθόδους. Μία από αυτές θα είναι η συστηματική αναζήτηση ενός ιδιαίτερου τύπου αστρικής έκρηξης: των σουπερνόβα τύπου Ia.
Πολλές σουπερνόβα δημιουργούνται όταν πολύ μεγάλα άστρα εξαντλούν τα πυρηνικά τους καύσιμα. Τότε καταρρέουν απότομα κάτω από το ίδιο τους το βάρος και εκρήγνυνται, καθώς ισχυρά κρουστικά κύματα εκτοξεύουν υλικό από το εσωτερικό τους. Τέτοιες εκρήξεις εκτιμάται ότι συμβαίνουν περίπου μία φορά κάθε 50 χρόνια στον Γαλαξία μας.
Οι σουπερνόβα τύπου Ia, όμως, έχουν διαφορετική προέλευση και είναι πολύ πιο σπάνιες, περίπου μία ανά 500 χρόνια στον Γαλαξία μας. Τα στοιχεία δείχνουν ότι δημιουργούνται σε ορισμένα διπλά αστρικά συστήματα, στα οποία υπάρχει τουλάχιστον ένας λευκός νάνος, δηλαδή ο μικρός, θερμός πυρήνας που απομένει από ένα άστρο παρόμοιο με τον Ήλιο.
Σε ένα πιθανό σενάριο, ο λευκός νάνος απορροφά ύλη από το συνοδό του άστρο. Η διαδικασία αυτή μπορεί τελικά να προκαλέσει μια ανεξέλεγκτη πυρηνική αντίδραση. Όταν ο λευκός νάνος αποκτήσει αρκετή μάζα και γίνει ασταθής, εκρήγνυται ως σουπερνόβα τύπου Ia.
Οι αστρονόμοι έχουν βρει επίσης στοιχεία που υποστηρίζουν ένα διαφορετικό σενάριο: δύο λευκοί νάνοι μπορεί να περιφέρονται ο ένας γύρω από τον άλλο, χάνοντας ενέργεια και πλησιάζοντας σταδιακά μέχρι να συγχωνευθούν. Αν η συνολική τους μάζα είναι αρκετά μεγάλη ώστε να προκαλέσει αστάθεια, μπορεί και πάλι να ακολουθήσει έκρηξη τύπου Ia.
Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των σουπερνόβα τύπου Ia είναι ότι φτάνουν περίπου στην ίδια γνωστή εγγενή φωτεινότητα. Για τον λόγο αυτό χαρακτηρίζονται ως «τυπικά κεριά» (standard candles).
Αν γνωρίζουμε πόσο φωτεινό είναι πραγματικά ένα αντικείμενο και μετρήσουμε πόσο φωτεινό φαίνεται από τη Γη, μπορούμε να υπολογίσουμε την απόστασή του. Έτσι, οι αστρονόμοι μπορούν να προσδιορίσουν πόσο μακριά βρίσκεται ένα σουπερνόβα τύπου Ia μετρώντας απλώς τη φαινόμενη φωτεινότητά του.
Με εκατομμύρια γαλαξίες και μεγάλο αριθμό σουπερνόβα στο δείγμα του, το Roman θα μπορέσει να χρησιμοποιήσει αυτά τα «κοσμικά κεριά» για να χαρτογραφήσει με μεγαλύτερη ακρίβεια την ιστορία της κοσμικής διαστολής και να εξετάσει πώς η σκοτεινή ενέργεια επηρέασε την εξέλιξη του Σύμπαντος.
Ιχνηλατώντας τη διαστολή του Σύμπαντος με σουπερνόβα
Οι αστρονόμοι θα χρησιμοποιήσουν επίσης το Roman για να μελετήσουν το φως των σουπερνόβα τύπου Ia και να προσδιορίσουν πόσο γρήγορα φαίνεται να απομακρύνονται από εμάς. Συγκρίνοντας την ταχύτητα απομάκρυνσης των σουπερνόβα σε διαφορετικές αποστάσεις, οι επιστήμονες θα μπορέσουν να ιχνηλατήσουν τη διαστολή του Σύμπαντος στον χρόνο.
Οι μετρήσεις αυτές θα προσφέρουν πολύτιμες πληροφορίες για το αν η σκοτεινή ενέργεια έχει παραμείνει σταθερή ή αν έχει μεταβληθεί κατά τη διάρκεια της κοσμικής ιστορίας, ένα από τα σημαντικότερα ανοιχτά ερωτήματα της σύγχρονης κοσμολογίας.
Οι προηγούμενες έρευνες για σουπερνόβα τύπου Ia επικεντρώνονταν κυρίως στο σχετικά κοντινό Σύμπαν, σε μεγάλο βαθμό λόγω των περιορισμών των διαθέσιμων οργάνων. Το Roman, όμως, διαθέτει έναν μοναδικό συνδυασμό υπέρυθρης όρασης, τεράστιου πεδίου θέασης και εξαιρετικής ευαισθησίας.
Χάρη σε αυτές τις δυνατότητες, θα μπορέσει να κοιτάξει πολύ βαθύτερα στο διάστημα και να αποκαλύψει χιλιάδες μακρινά σουπερνόβα τύπου Ia, επεκτείνοντας θεαματικά το κοσμολογικό δείγμα.
Το Roman θα μελετήσει την επίδραση της σκοτεινής ενέργειας σε μια περίοδο που καλύπτει περισσότερο από το μισό της ιστορίας του Σύμπαντος, όταν αυτό είχε ηλικία περίπου 4 έως 12 δισεκατομμυρίων ετών.
Η συγκεκριμένη περίοδος παραμένει μέχρι σήμερα σχετικά ανεξερεύνητη. Οι παρατηρήσεις του Roman θα προσθέσουν έτσι κρίσιμα νέα δεδομένα στο κοσμικό παζλ της σκοτεινής ενέργειας, βοηθώντας τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς εξελίχθηκε η διαστολή του Σύμπαντος και τι την προκαλεί.
Ασθενής βαρυτική εστίαση
Το Roman θα μελετήσει τον τρόπο με τον οποίο εξελίχθηκε ο κοσμικός ιστός της ύλης, μετρώντας πώς η βαρύτητα καμπυλώνει ανεπαίσθητα την πορεία του φωτός σε τεράστιες αποστάσεις.
Αυτή η μικροσκοπική παραμόρφωση του φωτός, γνωστή ως ασθενής βαρυτική εστίαση (weak lensing), λειτουργεί σαν ένα είδος κοσμικού «μεγεθυντικού φακού». Οι επιστήμονες μπορούν να αξιοποιήσουν τις παραμορφώσεις στο σχήμα και την εμφάνιση μακρινών γαλαξιών για να χαρτογραφήσουν την κατανομή της σκοτεινής ύλης.
Παράλληλα, οι μετρήσεις αυτές θα προσφέρουν σημαντικές πληροφορίες για το πώς εξελίχθηκε ο κοσμικός ιστός και θα βοηθήσουν τους αστρονόμους να κατανοήσουν καλύτερα την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος και τον ρόλο της σκοτεινής ενέργειας.
Η κοσμική δομή
Η High Latitude Wide Area Survey του Roman θα συνδυάζει δύο βασικές τεχνικές παρατήρησης, την απεικόνιση και τη φασματοσκοπία, καλύπτοντας την ίδια τεράστια περιοχή του Σύμπαντος. Η φασματοσκοπία μετρά την ένταση του φωτός που εκπέμπουν τα κοσμικά αντικείμενα σε διαφορετικά μήκη κύματος, ενώ οι εικόνες του Roman θα αποκαλύψουν με μεγάλη ακρίβεια τις θέσεις και τα σχήματα εκατοντάδων εκατομμυρίων αμυδρών γαλαξιών. Οι πληροφορίες αυτές θα χρησιμοποιηθούν για τη χαρτογράφηση της σκοτεινής ύλης, η οποία παραμένει αόρατη αλλά αποκαλύπτει την παρουσία της μέσω των επιδράσεών της στην κανονική ύλη.
Οτιδήποτε διαθέτει μάζα καμπυλώνει τον χωροχρόνο. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα, τόσο ισχυρότερη είναι και η καμπύλωση. Το φαινόμενο αυτό δημιουργεί τον βαρυτικό φακό, όταν το φως από μια μακρινή πηγή παραμορφώνεται καθώς περνά κοντά από ενδιάμεσα αντικείμενα.
Όταν τα αντικείμενα αυτά είναι πολύ μεγάλοι γαλαξίες ή ολόκληρα σμήνη γαλαξιών, η παραμόρφωση μπορεί να είναι εντυπωσιακή: οι εικόνες των πιο μακρινών πηγών μπορεί να εμφανίζονται επιμηκυμένες, παραμορφωμένες ή ακόμη και ως πολλαπλά είδωλα.
Μικρότερες συγκεντρώσεις μάζας προκαλούν πιο διακριτικές παραμορφώσεις, γνωστές ως ασθενής βαρυτική εστίαση (weak lensing). Το Roman θα διαθέτει την απαιτούμενη ευαισθησία ώστε να εντοπίζει αυτές τις μικρές παραμορφώσεις και να μελετά τον τρόπο με τον οποίο οι συγκεντρώσεις σκοτεινής ύλης αλλάζουν φαινομενικά το σχήμα μακρινών γαλαξιών.
Μετρώντας αυτές τις ανεπαίσθητες παραμορφώσεις σε τεράστιο αριθμό γαλαξιών, οι επιστήμονες θα μπορούν να δημιουργήσουν έναν λεπτομερή χάρτη της σκοτεινής ύλης και να συμπληρώσουν σημαντικά κενά στην κατανόησή της.
Οι θεωρίες για τον σχηματισμό των κοσμικών δομών προβλέπουν πώς οι αρχέγονες μικρές διακυμάνσεις του πρώιμου Σύμπαντος εξελίχθηκαν σταδιακά στην κατανομή της ύλης που παρατηρούμε σήμερα μέσω των βαρυτικών φακών.
Οι προβλέψεις αυτές είναι όμως στατιστικές. Για να ελεγχθούν, χρειάζεται να παρατηρηθούν τεράστιες περιοχές του Σύμπαντος. Με το εξαιρετικά μεγάλο πεδίο θέασής του, το Roman είναι ιδανικά σχεδιασμένο για να χαρτογραφήσει αποτελεσματικά τεράστιες εκτάσεις του ουρανού.
Έτσι, θα συμπληρώσει ιδανικά παρατηρητήρια όπως το James Webb Space Telescope, το οποίο είναι σχεδιασμένο περισσότερο για βαθιές και λεπτομερείς μελέτες μεμονωμένων κοσμικών αντικειμένων. Το Roman θα προσφέρει την ευρεία κοσμική εικόνα, ενώ το Webb θα μπορεί στη συνέχεια να εξετάζει σε βάθος τους πιο ενδιαφέροντες στόχους.
Περισσότερα από τους βασικούς στόχους
Χάρη στο τεράστιο πεδίο θέασής του, το Roman θα μπορεί να προσφέρει πολύ περισσότερα από τους βασικούς στόχους της αποστολής του: τη μελέτη της δομής και της εξέλιξης του Σύμπαντος, τη χαρτογράφηση της σκοτεινής ύλης και τη διερεύνηση των θεωριών που προσπαθούν να εξηγήσουν γιατί η διαστολή του Σύμπαντος επιταχύνεται.
Οι επιστήμονες θα μπορούν να εξετάσουν τα νέα δεδομένα που θα προσφέρει το Roman αναζητώντας και άλλες, απρόβλεπτες επιστημονικές ευκαιρίες. Η τεράστια ποσότητα δεδομένων από μια τόσο μεγάλη περιοχή του ουρανού μπορεί να αποκαλύψει φαινόμενα που σήμερα δεν γνωρίζουμε καν ότι υπάρχουν.
Όπως σημειώνει η Julie McEnery, ανώτερη επιστήμονας του προγράμματος Roman στη NASA, το τεράστιο πεδίο θέασης της αποστολής αναμένεται να δημιουργήσει πολλές νέες επιστημονικές δυνατότητες, αλλά οι επιστήμονες θα πρέπει επίσης να είναι έτοιμοι για το απρόβλεπτο. Το Roman θα βοηθήσει να απαντηθούν κρίσιμα ερωτήματα της κοσμολογίας, ενώ ταυτόχρονα μπορεί να αποκαλύψει εντελώς νέα μυστήρια που θα χρειαστεί να διερευνηθούν.
Γενικές αστροφυσικές έρευνες
Εκτός από τις τρεις βασικές επιστημονικές έρευνες της αποστολής, το Roman θα πραγματοποιήσει ένα ευρύ σύνολο παρατηρήσεων που θα επιτρέψει τη μελέτη πολλών και διαφορετικών τομέων της αστροφυσικής.
Τα δεδομένα που θα συλλέξει δεν θα περιοριστούν στους κύριους στόχους του Roman, αλλά θα αποτελέσουν μια πολύτιμη βάση για την έρευνα γαλαξιών, άστρων, μαύρων τρυπών και άλλων κοσμικών φαινομένων, ανοίγοντας τον δρόμο για νέες ανακαλύψεις που σήμερα ίσως δεν μπορούμε ακόμη να προβλέψουμε.
Roman-Kepler Legacy Survey
Η Roman-Kepler Legacy Survey θα καταγράψει λεπτομερείς εικόνες και των περίπου 200.000 αντικειμένων που είχε παρατηρήσει το Kepler, μεταξύ των οποίων περισσότερα από 4.000 άστρα που ενδέχεται να φιλοξενούν πλανήτες.
Όμως το Roman δεν θα περιοριστεί στους στόχους που είχε ήδη εντοπίσει το Kepler. Χάρη στην πολύ υψηλότερη ευκρίνειά του, θα μπορεί να αποκαλύψει αντικείμενα που το Kepler δεν μπορούσε να διακρίνει, αυξάνοντας το δείγμα σε περίπου 17 εκατομμύρια άστρα και καφέ νάνους.
Οι καφέ νάνοι αποτελούν μια ενδιάμεση κατηγορία κοσμικών αντικειμένων: είναι πολύ πιο μαζικοί από τους πλανήτες, αλλά όχι αρκετά μαζικοί ώστε να ξεκινήσουν τις πυρηνικές αντιδράσεις που χαρακτηρίζουν τα κανονικά άστρα.
Το Roman θα αναζητήσει επίσης πλανήτες που περιφέρονται γύρω από ζεύγη άστρων, τους λεγόμενους πλανήτες τύπου Tatooine, από τον φανταστικό πλανήτη του Star Wars που περιφέρεται γύρω από δύο ήλιους.
Τα διπλά άστρα συχνά βρίσκονται τόσο κοντά μεταξύ τους ώστε η εικόνα τους να συγχέεται και να εμφανίζονται σαν ένα ενιαίο αντικείμενο. Η εξαιρετική ευκρίνεια του Roman θα επιτρέψει στους αστρονόμους να τα διαχωρίσουν, ανοίγοντας έναν νέο δρόμο για την αναζήτηση πλανητών σε τέτοια ασυνήθιστα αστρικά συστήματα.
Globular Cluster Survey
Σε διάστημα περίπου 167 ωρών, το Roman θα επικεντρωθεί σε τέσσερα αρχαία και εξαιρετικά πυκνά συστήματα άστρων: τα M4, NGC 6397, 47 Tucanae και Ωμέγα Κενταύρου.
Η έρευνα θα δημιουργήσει την πληρέστερη μέχρι σήμερα καταγραφή των άστρων σε τέσσερα σχετικά κοντινά σφαιρωτά σμήνη. Πρόκειται για τεράστιες, αρχαίες συγκεντρώσεις άστρων που αποτελούν μερικά από τα παλαιότερα αντικείμενα του Γαλαξία μας.
Μέσα σε περίπου μία εβδομάδα παρατηρήσεων, το Roman θα καλύψει συνολικά μια έκταση που θα απαιτούσε περίπου 18 χρόνια παρατηρήσεων από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, προκειμένου να καταγράψει την ίδια περιοχή με αντίστοιχη ανάλυση.
Αυτό θα επιτρέψει στους αστρονόμους να καταγράψουν και να χαρτογραφήσουν εκατοντάδες χιλιάδες άστρα μέσα στα τέσσερα σμήνη, ενώ παράλληλα θα μπορούν να εντοπίσουν εξαιρετικά αμυδρά αντικείμενα που μέχρι σήμερα είναι δύσκολο να μελετηθούν, όπως οι καφέ νάνοι.
Η τεράστια ταχύτητα με την οποία το Roman μπορεί να χαρτογραφήσει τόσο μεγάλες περιοχές με υψηλή ανάλυση θα προσφέρει μια μοναδική εικόνα της εξέλιξης των αρχαιότερων αστρικών πληθυσμών του Γαλαξία και θα βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς σχηματίστηκαν και εξελίχθηκαν τα σφαιρωτά σμήνη.
A Legacy Survey of Andromeda and Triangulum
Η έρευνα θα φτάσει την «παρακολούθηση των γειτόνων μας» στα άκρα, δημιουργώντας τα λεπτομερέστερα μωσαϊκά εικόνων που έχουν γίνει ποτέ για δύο από τους κοντινότερους μεγάλους γαλαξίες στον Γαλαξία μας: τον Γαλαξία της Ανδρομέδας (M31) και τον Γαλαξία του Τριγώνου (M33).
Το Roman θα παρατηρήσει επανειλημμένα καθέναν από τους δύο γαλαξίες, χαρτογραφώντας τελικά περισσότερα από μισό δισεκατομμύριο άστρα σε τρεις διαστάσεις και παρακολουθώντας τον τρόπο με τον οποίο κινούνται και μεταβάλλονται με την πάροδο του χρόνου.
Τα δεδομένα αυτά θα επιτρέψουν στους αστρονόμους να ανασυνθέσουν την ιστορία του σχηματισμού και της εξέλιξης των δύο γαλαξιών, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο αλληλεπιδρούσαν μεταξύ τους επί δισεκατομμύρια χρόνια.
Η έρευνα θα αποκαλύψει επίσης λεπτομέρειες σε διαφορετικές κλίμακες: από τις τεράστιες δομές των γαλαξιών μέχρι τα νέφη αερίου και σκόνης που αποτελούν την πρώτη ύλη για τη γέννηση νέων άστρων. Έτσι, οι επιστήμονες θα μπορέσουν να κατανοήσουν καλύτερα πώς γεννιούνται, εξελίσσονται και πεθαίνουν τα άστρα σε γαλαξίες πέρα από τον δικό μας.
GRACE Survey
Η GRACE (Grism Reionization and Cosmic Evolution) Survey θα κοιτάξει πολύ βαθιά στο παρελθόν του Σύμπαντος, αναζητώντας μερικούς από τους πρώτους γαλαξίες που σχηματίστηκαν. Κύριος στόχος της είναι να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν πώς το Σύμπαν πέρασε από μια κατάσταση γεμάτη αδιαφανές αέριο σε μια διαυγή κοσμική «θάλασσα», μέσα από την οποία το φως μπορούσε πλέον να ταξιδεύει ελεύθερα.
Πρόκειται για την εποχή κατά την οποία οι πρώτοι γαλαξίες άρχισαν να «ανάβουν» και να φωτίζουν το νεαρό Σύμπαν. Η GRACE φιλοδοξεί να εντοπίσει δέκα φορές περισσότερους από τους αρχαιότερους γνωστούς γαλαξίες σε σχέση με όλα τα προηγούμενα τηλεσκόπια μαζί.
Η μελέτη αυτών των πρώιμων γαλαξιών θα επιτρέψει στους αστρονόμους να προσδιορίσουν πότε και πόσο γρήγορα καθάρισε η κοσμική «ομίχλη» του πρώιμου Σύμπαντος. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως εποχή του επανιονισμού, αποτέλεσε ένα από τα σημαντικότερα μεταβατικά στάδια στην ιστορία του Σύμπαντος.
Επειδή η GRACE θα μπορεί να εξετάσει ένα τεράστιο εύρος κοσμικών αποστάσεων, οι επιστήμονες θα έχουν τη δυνατότητα να παρακολουθήσουν πώς εξελίχθηκαν οι γαλαξίες, τα άστρα, οι μαύρες τρύπες και ο κοσμικός ιστός, από την αυγή του Σύμπαντος, μέσω της εποχής του λεγόμενου «κοσμικού μεσημεριού», μέχρι τη σημερινή εποχή.
Η σύνδεση αυτών των διαφορετικών εποχών θα βοηθήσει να καλυφθούν σημαντικά κενά στην εικόνα που έχουμε για την κοσμική εξέλιξη. Ένα από αυτά είναι μια πραγματική «έρημος» δεδομένων: μια περιοχή στην ιστορία του Σύμπαντος όπου γνωρίζουμε ότι υπάρχουν πολλοί γαλαξίες, αλλά για την οποία ήταν μέχρι σήμερα δύσκολο να μετρηθούν με ακρίβεια οι αποστάσεις τους.
Αυτή η έλλειψη αξιόπιστων αποστάσεων δημιουργεί ένα είδος τυφλού σημείου στους κοσμικούς χάρτες. Η GRACE θα έρθει να το καλύψει δημιουργώντας έναν τεράστιο κατάλογο με τις αποστάσεις εκατοντάδων χιλιάδων γαλαξιών.
Και το εντυπωσιακό είναι ότι για τη δημιουργία αυτού του τεράστιου δείγματος θα απαιτηθούν μόλις 17,5 ημέρες παρατηρήσεων.
Με αυτόν τον τρόπο, η GRACE θα προσφέρει ένα πολύ σημαντικό κομμάτι του παζλ για το πώς το Σύμπαν πέρασε από το σκοτεινό και αδιαφανές αρχέγονο περιβάλλον στη φωτεινή, πολύπλοκη κοσμική δομή που παρατηρούμε σήμερα.
Roman eXtreme Deep Field
Η έρευνα RXDF (Roman eXtreme Deep Field) θα εστιάσει σε μια μικρή περιοχή του ουρανού και θα την παρατηρήσει σε εξαιρετικά μεγάλο βάθος, δημιουργώντας ουσιαστικά ένα «κοσμικό δείγμα πυρήνα» του Σύμπαντος.
Η υπερβαθιά αυτή παρατήρηση θα θυμίζει το eXtreme Deep Field του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, αλλά θα καλύπτει μια περιοχή περισσότερο από 140 φορές μεγαλύτερη.
Το Roman, όμως, δεν θα περιοριστεί στη λήψη μίας μόνο εικόνας. Θα επαναλάβει τις παρατηρήσεις της ίδιας περιοχής σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Συνδυάζοντας αυτές τις εικόνες, οι αστρονόμοι θα μπορέσουν να δημιουργήσουν ένα λεπτομερές «time-lapse» του πρώιμου Σύμπαντος.
Η προσέγγιση αυτή θα τους επιτρέψει να παρακολουθήσουν πώς σχηματίστηκαν και μεταβλήθηκαν οι πρώτοι γαλαξίες, οι μαύρες τρύπες και άλλες κοσμικές δομές κατά τη διάρκεια της κοσμικής ιστορίας.
Οι παρατηρήσεις ενδέχεται επίσης να καταγράψουν μερικά από τα πρώτα σουπερνόβα του Σύμπαντος. Μελετώντας αυτές τις αρχέγονες εκρήξεις, οι επιστήμονες θα μπορέσουν να διερευνήσουν τον ρόλο που διαδραμάτισαν στη διαμόρφωση του πρώιμου Σύμπαντος, καθώς οι εκρήξεις των πρώτων άστρων εμπλούτισαν το περιβάλλον τους με βαρύτερα στοιχεία και επηρέασαν τις επόμενες γενιές άστρων και γαλαξιών.
Με λίγα λόγια, το RXDF θα λειτουργήσει σαν ένα παράθυρο στην κοσμική αυγή, επιτρέποντας στους αστρονόμους όχι μόνο να δουν εξαιρετικά μακρινούς και αρχαίους γαλαξίες, αλλά και να μελετήσουν την εξέλιξή τους μέσα στον χρόνο.
Galactic Plane Survey
Η έρευνα θα αποκαλύψει τον Γαλαξία μας με πρωτοφανή λεπτομέρεια. Σε έναν μήνα παρατηρήσεων, κατανεμημένων σε διάστημα δύο ετών, η έρευνα θα αποκαλύψει δεκάδες δισεκατομμύρια άστρα και θα εξερευνήσει δομές που μέχρι σήμερα δεν έχουν χαρτογραφηθεί.
Η έρευνα θα καλύψει σχεδόν 700 τετραγωνικές μοίρες, μια περιοχή του ουρανού τόσο μεγάλη όσο περίπου 3.500 πανσέληνοι, κατά μήκος της φωτεινής ζώνης του Γαλαξία μας. Πρόκειται για την εικόνα που έχουμε από τη Γη, κοιτάζοντας σχεδόν παράλληλα με τον δίσκο του Γαλαξία, ο οποίος περιέχει τα περισσότερα άστρα, το αέριο και τη σκόνη. Οι επιστήμονες αναμένουν ότι η έρευνα θα χαρτογραφήσει έως και 20 δισεκατομμύρια άστρα και θα ανιχνεύσει μικροσκοπικές μετατοπίσεις στις θέσεις τους, χάρη σε επαναλαμβανόμενες παρατηρήσεις υψηλής ανάλυσης. Και όλα αυτά θα απαιτήσουν μόλις 29 ημέρες παρατηρήσεων κατά τη διάρκεια των δύο πρώτων ετών της αποστολής.
Το Roman θα μελετήσει σχεδόν 2.000 νεαρά, χαλαρά συνδεδεμένα ανοικτά σμήνη, προκειμένου να διερευνήσει πώς οι σπειροειδείς βραχίονες του Γαλαξία προκαλούν τον σχηματισμό άστρων. Η έρευνα θα χαρτογραφήσει επίσης δεκάδες αρχαία, πυκνά σφαιρωτά σμήνη κοντά στο κέντρο του Γαλαξία, τα οποία θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους αστρονόμους να ανασυνθέσουν την πρώιμη ιστορία του Γαλαξία μας.
Οι επαναλαμβανόμενες παρατηρήσεις του Roman θα παρακολουθούν επίσης άστρα που παρουσιάζουν μεταβολές στη φωτεινότητά τους. Οι επίγειες έρευνες ανιχνεύουν χιλιάδες έντονες αστρικές εκλάμψεις, αλλά συχνά δεν μπορούν να δουν τα αμυδρά άστρα που καλύπτονται από σκόνη και τις προκαλούν. Το Roman θα εντοπίζει τα ίδια τα άστρα που ευθύνονται για αυτές τις εκλάμψεις και θα καταγράφει εικόνες υψηλής ανάλυσης.