天文学家计划使用罗曼望远镜研究附近星系 以揭示星系形成的历史和暗物质

宇宙看似静止，只能用静止的画面来捕捉，但事实远非如此。实际上，宇宙是在不断变化的，只是变化的时间尺度不是人类所能清晰看到的。美国国家航空航天局（NASA）即将部署的罗曼太空望远镜（Roman Space Telescope）将弥补这一时间差，为我们打开通往动态宇宙的大门。

恒星晕是星系的一个常见特征，但研究并不深入。这种松散的恒星集合超出了星系最亮部分半径的 15 到 20 倍，这也是我们习惯在望远镜图像中看到的。构成星系晕的恒星是星系中最古老的恒星。我们的邻居仙女座是为数不多的拥有被充分研究的恒星光环的星系之一，图中描绘的就是仙女座。仙女座的星晕之所以能被研究得如此透彻，原因很简单，那就是距离的问题，距离足够近，亮度足够高，我们可以用现有的望远镜看到全貌。当南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜发射升空后，它将能够利用其宽广的视场对更多更遥远星系的恒星光环进行全面成像。资料来源：美国国家航空航天局，约瑟夫-奥姆斯特德（STScI）

RINGS，即罗曼红外近邻星系巡天，将专门通过搜寻星系形成历史的化石来揭示动态宇宙。RINGS 还将引导科学家找到暗物质的真实本质的线索，暗物质是一种神秘的物质，构成了我们宇宙中的大部分质量。

罗曼号将于 2027 年发射升空，它将彻底改变科学家对宇宙的认识，让他们看到宇宙的真实面貌：不断变化。

以美国宇航局天文学家南希-格蕾丝-罗曼（Nancy Grace Roman）的名字命名的罗曼太空望远镜有望成为一个开创性的天文工具，促进我们对宇宙的了解。资料来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心

宇宙是一个充满活力、瞬息万变的地方，星系在这里翩翩起舞、相互融合、变换外观。遗憾的是，由于这些变化需要数百万年或数十亿年的时间，望远镜只能在人的一生中提供快照。

然而，星系会留下它们历史的线索，以及它们是如何形成的。美国国家航空航天局（NASA）即将发射的南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope）将有能力通过对附近宇宙中的星系进行高分辨率成像来寻找这些星系形成的化石。

天文学家们通过美国国家航空航天局（NASA）的资助，正在设计一套名为RINGS（Roman Infrared Nearby Galaxies Survey，罗曼红外近邻星系巡天）的可能观测方案，以收集这些非凡的图像。RINGS 勘测是一个初步概念，可能会也可能不会在 Roman 的科学任务期间实施。

罗曼望远镜的分辨率与美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜相当，视场宽广，红外视场是哈勃的 200 倍，这使它成为一台巡天望远镜，与哈勃的窄视场能力相得益彰，因此它为 RINGS 做好了独特的准备。

科学家们只能看到星系演化过程中的短暂瞬间，这些瞬间最终形成了今天我们周围完全成型的星系。因此，很难追踪星系的形成过程。

幸运的是，星系会在恒星结构中留下演变的痕迹，就像地球上的生物会在岩石中留下印记一样。这些星系"化石"是由一群古老的恒星组成的，它们承载着星系形成和演化的历史，包括这些恒星形成时星系的化学成分。

费城宾夕法尼亚大学RINGS 副首席研究员罗宾-桑德森（Robyn Sanderson）对这种宇宙化石特别感兴趣。她把分析星系中恒星结构的过程形容为"就像经历一次发掘，试图把骨头分门别类并重新组合在一起"。

罗曼望远镜的高分辨率将使科学家们能够利用从星系外围的长潮汐尾流到星系内部的恒星流等各种结构，找出这些星系化石。这些大尺度结构是罗曼能够捕捉到的独一无二的结构，它们可以为星系的合并历史提供线索。桑德森说，我们的目标是"重新组合这些化石，以便回顾过去，了解这些星系是如何形成的"。

RINGS还将进一步研究宇宙中最神秘的物质之一：暗物质，这是一种看不见的物质，占星系质量的大部分。超微弱矮星系是一类对暗物质理论测试特别有用的天体。加州大学圣克鲁兹分校的拉贾-古哈-塔库尔塔（Raja GuhaThakurta）说："超微弱矮星系以暗物质为主，它们几乎没有正常物质来形成恒星。由于产生的恒星如此之少，超微弱星系基本上可以被看作是纯粹的暗物质团块来研究。"

罗曼望远镜凭借其大视场和高分辨率，将对这些超微弱星系进行观测，以帮助检验暗物质的多种理论。有了这些新数据，天文学界将更接近于找到这种无法观测到的暗物质的真相。暗物质远远超过可见物质：暗物质约占宇宙物质的 80%，而正常物质占剩余的 20%。

超微弱星系远不是检验暗物质的唯一标准。通常情况下，在一个普通大小星系的后院进行观测就足够了。星系周围恒星光环中的结构往往能提示暗物质的数量。然而，由于星系晕的体积庞大（通常是星系本身的15-20倍），目前的望远镜对它们的观测效率极低。

目前，科学家们唯一能够完全解析的星系晕只有我们自己的银河系和我们的邻居仙女座星系。西雅图华盛顿大学的 RINGS 首席研究员本-威廉姆斯（Ben Williams）介绍了 Roman 的强大功能将如何解决这一问题："我们只能对银河系和仙女座进行可靠的测量，因为这两个星系离我们足够近，我们可以对分布在它们恒星晕中的大量恒星进行测量。因此，有了罗曼，我们一下子就能得到 100 个或更多这些完全解析的星系。"

当"罗曼"号于 2027 年 5 月发射升空时，预计它将从根本上改变科学家对星系的认识。在此过程中，它将为我们自己的银河系带来一些启示。银河系很容易近距离研究，但我们没有足够大的自拍杆来拍摄整个银河系及其周围光环的照片。RINGS 展示了罗曼的能力，如果这样的调查获得批准的话。通过研究附近的宇宙，RINGS 可以检查与银河系大小和年龄相似的星系，并揭示我们是如何来到这里的。

罗曼太空望远镜是为了纪念常被誉为哈勃之母的女先驱南希-格蕾丝-罗曼而命名的，它代表了天文探索的下一次飞跃。它的设计在规模和能力上都超越了它的前辈，具有宽阔的视场和先进的红外传感器，可以研究宇宙物理、追踪星系的形成，并窥探宇宙现象的结构。罗曼号将在未来十年发射升空，它将重新定义我们对宇宙的认识。

编译自/ScitechDaily