NASAs nästa teleskop jagar kraften som utmanar modern fysik

Astrofysiker står inför ett enormt problem: kosmos expanderar i fel hastighet. När forskare mäter universums tidiga expansionshastighet stämmer siffrorna helt enkelt inte överens med vad de observerar i modern tid.

Antingen är vår matematik fundamentalt felaktig, eller så finns det en osynlig, dynamisk kraft som aktivt töjer ut rymdtidens väv. För att ta reda på vilket det är, skickar NASA ett massivt optiskt instrument till en parkeringsplats 1,6 miljoner kilometer från jorden.

Nancy Grace Roman Space Telescope, som planeras att skjutas upp med en SpaceX Falcon Heavy-raket senast i april 2026, är byggt för att kartlägga positionerna för hundratals miljoner galaxer. Om teleskopet hittar det som missionsforskarna misstänker, står vi inför en nödvändig omskrivning av fysikens lagar.

En kris i den kosmiska expansionshastigheten

Kärnkonflikten ligger i ett mätvärde som kallas Hubbles konstant. Det är tänkt att berätta exakt hur snabbt universum expanderar, men befintlig data vägrar att samarbeta.

Julie McEnery, Roman-projektets chefsforskare vid NASA, påpekar att teleskopet är specifikt utformat för att undersöka denna uppenbara diskrepans. Genom att kartlägga det kosmiska nätet över miljarder år kommer Roman att spåra huruvida mörk energi är en statisk bakgrundskraft eller ett dynamiskt fält som förändras över tid.

För att lyckas med detta förlitar sig observatoriet på en 2,4 meter stor primärspegel. Det är exakt samma storlek som den inuti det anrika Hubble-teleskopet. Roman är dock utrustat med ett Wide Field Instrument som fångar en vy 100 gånger större än Hubbles infraröda kamera i en och samma bild.

Istället för att stirra på en liten fläck av mörker kommer Roman att genomföra en massiv galaktisk folkräkning. Det kommer att spåra den subtila töjningen av rymdtiden genom att katalogisera rörelserna hos miljarder stjärnor och övervaka typ Ia-supernovor.

Prickskytten och lantmätaren

NASA har redan ett massivt infrarött teleskop vid sol-jord-systemets L2-lagrangepunkt: James Webb Space Telescope. Men de två maskinerna är byggda för helt olika uppgifter.

Myndighetens företrädare beskriver Webb som en prickskytt och Roman som en lantmätare. Webb blickar tillbaka till universums första ljus för att fånga minutösa detaljer i ett otroligt smalt fält. Roman kommer att kasta ut ett massivt nät för att hitta de sällsynta objekt och uråldriga galaxer som Webb sedan kan undersöka på nära håll.

Eftersom det täcker så mycket av himlen så snabbt, kommer Roman att generera en enorm mängd data. Jamie Dunn, projektledare vid NASA:s Goddard Space Flight Center, noterar att teleskopet i princip kommer att strömma en kontinuerlig film i högupplösning av det djupa universumet.

Att blockera ett bländande ljus

Utöver att kartlägga mörk energi är Roman designat för att jaga steniga världar med jordliknande massa. Det kommer att uppnås genom gravitationell mikrolinsning, ett fysikaliskt fenomen där gravitationen från en stjärna i förgrunden fungerar som ett massivt förstoringsglas för ljuset från en stjärna långt bakom den.

Om en planet råkar kretsa kring förgrundsstjärnan skapas en liten, karakteristisk störning i ljuset. Detta gör att astronomer kan upptäcka planeter som kretsar på avstånd liknande vårt eget solsystem – en massiv blind fläck i nuvarande exoplanetkataloger.

Teleskopet bär även på en högst experimentell koronagraf. Instrumentet är konstruerat för att fysiskt blockera ljuset från en värdstjärna med en faktor på en miljard, vilket blottlägger det otroligt svaga reflekterade ljuset från kretsande gasjättar.

Om koronagrafen fungerar kommer den att fungera som ett vitalt bevis för det kommande Habitable Worlds Observatory, en framtida mission med uppdrag att hitta kemiska tecken på liv på avlägsna exoplaneter.

Att besegra flaggskeppsförbannelsen

Storskaliga rymdobservatorier plågas ofta av decennier av förseningar och miljardöverskridanden. Ändå är Roman för närvarande på god väg att nå sitt uppskjutningsfönster enligt tidsplanen.

Nicky Fox, chef för NASA:s Science Mission Directorate, tillskriver framgången en strikt "design-to-cost"-strategi och konsekvent finansiering för att undvika de vanliga utvecklingsmardrömmar som drabbar flaggskeppsbyggen.

Missionen har fått sitt namn efter Nancy Grace Roman, NASA:s första astronomichef. Hon är allmänt känd som "Hubbles moder" och tillbringade 1960- och 70-talen med att kämpa för att få upp de första stora teleskopen i rymden. Femtio år senare kanske ett teleskop som bär hennes namn äntligen räkna ut vad universum faktiskt är gjort av.

Källor

• NASA Goddard Space Flight Center
• NASA Science Mission Directorate