NASA's volgende telescoop jaagt op de kracht die de moderne fysica ontregelt

Astrofysici staan voor een enorm probleem: de kosmos dijt uit met de verkeerde snelheid. Wanneer wetenschappers de uitdijingssnelheid van het vroege heelal meten, komen de cijfers simpelweg niet overeen met wat ze in het moderne tijdperk waarnemen.

Of onze wiskunde is fundamenteel onjuist, of er is een onzichtbare, dynamische kracht die het weefsel van de ruimtetijd actief uit vorm rekt. Om te achterhalen wat er aan de hand is, stuurt NASA een enorm optisch instrument naar een parkeerplaats op anderhalf miljoen kilometer van de aarde.

De Nancy Grace Roman Space Telescope, die naar verwachting in april 2026 wordt gelanceerd met een SpaceX Falcon Heavy-raket, is gebouwd om de posities van honderden miljoenen sterrenstelsels in kaart te brengen. Als de telescoop vindt wat missiewetenschappers vermoeden, staan we voor een verplichte herschrijving van de natuurwetten.

Een crisis in de kosmische uitdijingssnelheid

De kern van de spanning ligt in een maatstaf genaamd de Hubble-constante. Deze hoort ons precies te vertellen hoe snel het heelal uitdijt, maar de bestaande data weigert mee te werken.

Julie McEnery, Senior Project Scientist voor Roman bij NASA, wijst erop dat de telescoop specifiek is ontworpen om dit schreeuwende verschil te onderzoeken. Door het kosmische web over miljarden jaren in kaart te brengen, zal Roman volgen of donkere energie een statische achtergrondkracht is of een dynamisch veld dat in de loop van de tijd verandert.

Om dit voor elkaar te krijgen, vertrouwt het observatorium op een primaire spiegel van 2,4 meter. Dat is precies dezelfde afmeting als die van de eerbiedwaardige Hubble-telescoop. Roman is echter uitgerust met een Wide Field Instrument dat in één opname een beeld vastlegt dat 100 keer groter is dan dat van de infraroodcamera van Hubble.

In plaats van naar een klein stukje zwart te staren, zal Roman een enorme galactische volkstelling uitvoeren. De telescoop zal de subtiele uitrekking van de ruimtetijd volgen door de bewegingen van miljarden sterren te catalogiseren en Type Ia-supernovae te monitoren.

De sluipschutter en de landmeter

NASA heeft al een enorme infraroodtelescoop op het L2 Lagrange-punt tussen de zon en de aarde staan: de James Webb Space Telescope. Maar de twee machines zijn gebouwd voor totaal verschillende taken.

Functionarissen van het agentschap omschrijven Webb als een sluipschutter en Roman als een landmeter. Webb tuurt terug naar het eerste licht van het heelal om minutieuze details vast te leggen in een ongelooflijk smal veld. Roman zal een enorm net uitwerpen om de zeldzame objecten en primordiale sterrenstelsels te vinden die Webb vervolgens van dichtbij kan bekijken.

Omdat de telescoop zo snel zo'n groot deel van de hemel bestrijkt, zal Roman een enorme hoeveelheid data genereren. Jamie Dunn, projectmanager bij NASA’s Goddard Space Flight Center, merkt op dat de telescoop in feite een continue, high-definition film van het diepe heelal zal terugstralen.

Het blokkeren van een miljard-op-één schittering

Naast het in kaart brengen van donkere energie, is Roman ontworpen om te jagen op rotsachtige werelden met de massa van de aarde. Dit zal worden bereikt met behulp van gravitationele microlensing, een eigenaardigheid van de natuurkunde waarbij de zwaartekracht van een voorgrondster fungeert als een enorm vergrootglas voor het licht van een ster die ver daarachter staat.

Als er toevallig een planeet rond die voorgrondster draait, creëert dit een kleine, karakteristieke 'blip' in het licht. Hierdoor kunnen astronomen planeten spotten die op afstanden draaien die vergelijkbaar zijn met ons eigen zonnestelsel – een enorme blinde vlek in de huidige exoplanetencatalogi.

De telescoop draagt ook een sterk experimentele coronagraaf. Het instrument is ontworpen om de schittering van een moederster fysiek met een factor van één miljard te blokkeren, waardoor het ongelooflijk zwakke gereflecteerde licht van ronddraaiende gasreuzen zichtbaar wordt.

Als de coronagraaf werkt, zal deze dienen als het essentiële bewijs voor de haalbaarheid van het komende Habitable Worlds Observatory, een toekomstige missie die tot taak heeft chemische tekenen van leven te vinden op verre exoplaneten.

De vloek van het vlaggenschip verslaan

Grootschalige ruimteobservatoria worden berucht geplaagd door decennia aan vertragingen en miljarden aan kostenoverschrijdingen. Toch ligt Roman momenteel op koers om zijn lanceervenster zelfs eerder dan gepland te halen.

Nicky Fox, hoofd van NASA's Science Mission Directorate, schrijft dit toe aan een strikte 'design-to-cost'-aanpak en consistente financiering, waardoor de gebruikelijke ontwikkelingsnachtmerries die vlaggenschip-projecten teisteren, worden vermeden.

De missie dankt haar naam aan Nancy Grace Roman, de eerste Chief of Astronomy van NASA. Ze staat algemeen bekend als de "Moeder van Hubble" en bracht de jaren zestig en zeventig door met het bevechten van de nodige steun om de eerste grote telescopen van de grond te krijgen. Vijftig jaar later zou een telescoop die haar naam draagt wel eens kunnen ontcijferen waar het heelal werkelijk uit bestaat.

Bronnen

• NASA Goddard Space Flight Center
• NASA Science Mission Directorate