Il telescopio spaziale Nancy Grace Roman vanta un campo visivo almeno 100 volte superiore a quello degli strumenti a infrarossi del telescopio spaziale Hubble, permettendogli di catturare l'equivalente di 100 immagini di qualità Hubble in una singola osservazione. Mentre Hubble fornisce viste profonde del cosmo a "buco della serratura", il Wide Field Instrument di Roman può immortalare aree grandi 1⅓ volte la Luna piena con un solo scatto. Questa scala senza precedenti consentirà a Roman di mappare una porzione di cielo maggiore nei suoi primi cinque anni di quanto Hubble abbia fatto in oltre tre decenni di attività.
La NASA si sta attualmente preparando per il lancio di questo osservatorio di nuova generazione, il cui passaggio dalla Terra allo spazio profondo è previsto a partire dalla fine del 2026. Intitolata alla dottoressa Nancy Grace Roman, prima astronoma capo della NASA e "madre di Hubble", la missione è specificamente progettata per risolvere i più grandi misteri della fisica moderna: la Materia Oscura e l'energia oscura. Mappando la struttura su larga scala dell'universo con precisione panoramica, Roman fornirà il potere statistico necessario per comprendere perché l'espansione del cosmo sta accelerando e in che modo la materia invisibile detti la formazione delle galassie.
Che cos'è la Core Survey della missione Roman della NASA?
La Core Survey, formalmente nota come High-Latitude Wide-Area Survey, è un programma di osservazione primario che utilizzerà il telescopio spaziale Nancy Grace Roman per mappare centinaia di milioni di galassie attraverso 5.000 gradi quadrati di cielo. Coprendo circa il 12% della sfera celeste in soli 1,5 anni, questa indagine combina imaging ad alta risoluzione e spettroscopia per tracciare l'espansione cosmica e la distribuzione della Materia Oscura attraverso miliardi di anni luce.
Per ottenere la visione più chiara possibile dell'universo lontano, l'indagine guarderà "verso l'alto" e "verso l'esterno" rispetto al piano polveroso della Via Lattea. Questo approccio ad alta latitudine garantisce che la luce delle galassie remote non sia oscurata dai detriti interstellari locali. Secondo Ryan Hickox, professore al Dartmouth College e co-presidente del comitato di progettazione dell'indagine, la missione produrrà profonde immagini 3D del cosmo. Questi dati tridimensionali consentono ai ricercatori di misurare non solo dove si trovano le galassie, ma anche quanto siano lontane, fornendo una registrazione storica di come l'universo si sia evoluto dalla sua infanzia fino ai giorni nostri.
Perché Roman è definito l' "ultimo telescopio per survey"?
La missione Roman della NASA è considerata l'ultimo telescopio per survey perché colma il divario tra le ampie indagini terrestri e la profondità ad alta risoluzione dei telescopi spaziali. Può catturare milioni di galassie in un singolo campo ultra-profondo, producendo mappe che richiederebbero secoli ad altri telescopi per essere completate. Questa efficienza consente lo studio della Materia Oscura e dell'accelerazione cosmica su una scala statistica mai vista prima in astrofisica.
La mole di dati che Roman produrrà è difficile da visualizzare usando parametri tradizionali. David Weinberg, professore di astronomia alla Ohio State University, osserva che anche una singola immagine di Roman richiederebbe una parete di televisori 4K per essere visualizzata a piena risoluzione. Per mostrare l'intera High-Latitude Wide-Area Survey tutta insieme, servirebbero mezzo milione di schermi 4K: un display abbastanza grande da coprire la parete rocciosa di El Capitan nel Yosemite National Park. Questo enorme set di dati è essenziale per identificare i sottili schemi nella ragnatela cosmica che rivelano la presenza di forze invisibili.
Decodificare l'universo oscuro tramite il lensing gravitazionale
Il lensing gravitazionale debole è uno dei principali strumenti che Roman utilizzerà per "pesare" le componenti invisibili del cosmo. Poiché la Materia Oscura non emette né riflette luce, può essere rilevata solo attraverso la sua influenza gravitazionale sugli oggetti visibili. Quando la luce di una galassia lontana passa attraverso una concentrazione di massa invisibile, la gravità di tale massa curva lo spazio-tempo, distorcendo l'aspetto della galassia come uno specchio deformante. Analizzando queste sottili distorsioni in milioni di galassie, Roman creerà una mappa ad alta risoluzione dell'impalcatura nascosta dell'universo.
Questo processo di "pesatura delle ombre" permette agli scienziati di vedere come la Materia Oscura si aggreghi nel tempo. Se l'energia oscura — la misteriosa forza che guida l'accelerazione cosmica — fosse più forte di quanto suggerito dai modelli attuali, ostacolerebbe la crescita di questi ammassi allontanando la materia più velocemente. La capacità di Roman di osservare questo tiro alla fune tra gravità ed energia oscura attraverso diverse ere della storia cosmica fornirà prove critiche per determinare se l'energia oscura sia una proprietà costante dello spazio o un campo dinamico che cambia nel tempo.
Il ruolo delle Supernovae di Tipo Ia nella misurazione dell'espansione
Le candele standard, nello specifico le supernovae di tipo Ia, integreranno i dati del lensing per fornire una misurazione precisa del tasso di espansione dell'universo. Poiché queste esplosioni stellari hanno una luminosità intrinseca nota, la loro luminosità apparente dalla Terra indica agli astronomi esattamente quanto siano lontane. Misurando il redshift di migliaia di queste supernovae, Roman ricostruirà la storia dell'espansione cosmica con una precisione dieci volte superiore agli strumenti attuali. Questa documentazione storica è vitale per comprendere l'"accelerazione cosmica", che Weinberg descrive come il più grande mistero di tutta la fisica.
- Imaging: Cattura le forme e le posizioni di 300 milioni di galassie.
- Spettroscopia: Misura la composizione chimica e la distanza di milioni di galassie.
- Dominio temporale: Monitora il cielo per eventi transitori come le supernovae.
- Risoluzione: Mantiene una nitidezza di classe Hubble su un campo ampio.
Espandere il censimento: esopianeti e archeologia stellare
Il microlensing gravitazionale consentirà alla missione Roman di condurre un massiccio censimento di pianeti all'interno della nostra galassia, inclusi quelli lontani dalle loro stelle ospiti. Sebbene l'obiettivo primario dell'indagine sia cosmologico, gli stessi dati a campo largo cattureranno rari eventi in cui la gravità di una stella o di un pianeta in primo piano agisce come una lente d'ingrandimento per una stella più distante. Questa tecnica è sensibile ai pianeti "freddi" simili a Giove o Saturno, così come ai pianeti erranti che vagano nello spazio senza una stella madre, fornendo un quadro completo della demografia planetaria nella Via Lattea.
Inoltre, Roman fungerà da strumento per l'archeologia stellare, studiando le popolazioni di stelle nelle galassie vicine. Risolvendo le singole stelle in una vasta gamma di ambienti galattici, gli astronomi potranno ricostruire i cicli vitali delle galassie e la storia della formazione stellare. Questa capacità di ampio respiro garantisce che i dati della High-Latitude Wide-Area Survey saranno utilizzati da migliaia di ricercatori in vari sottocampi dell'astronomia, da chi studia le più piccole nane brune a chi indaga i più grandi superammassi dell'universo.
Conclusione: una nuova era di scoperte
Il telescopio spaziale Nancy Grace Roman cambierà radicalmente la nostra comprensione del 95% dell'universo che rimane invisibile ai nostri attuali strumenti. Mentre il James Webb Space Telescope (JWST) è progettato per zoomare su obiettivi specifici con estremo dettaglio, Roman fornisce il contesto del "quadro generale" necessario per trovare quegli obiettivi e comprenderne il posto nella ragnatela cosmica. La sinergia tra questi osservatori, insieme a strutture terrestri come il Vera C. Rubin Observatory, inaugurerà un'epoca d'oro della cosmologia.
Mentre la missione si avvicina al lancio dal NASA’s Kennedy Space Center, la comunità scientifica si prepara a un diluvio di dati. L'"Ultimate Survey" non è solo un appellativo; rappresenta un passaggio verso un'astronomia basata sui big-data in cui miliardi di oggetti vengono tracciati simultaneamente. Entro la fine della sua missione primaria, Roman avrà fornito la mappa definitiva del cosmo, risolvendo potenzialmente il mistero dell'energia oscura e rivelando la vera natura del lato oscuro del nostro universo.
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