NASA罗曼望远镜将绘制数十亿个星系图并搜寻流浪行星

美国宇航局的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜正准备通过三项开创性的勘测来揭开宇宙最深的秘密。罗曼的任务设计参考了全球一千多名科学家的意见，将绘制数十亿个星系的图像，捕捉超新星和黑洞等宇宙现象的动态变化，并深入银河系隐秘的中心，寻找流浪行星和恒星残骸。凭借其全景视野和迅猛的巡天速度，罗曼有望彻底改变我们对暗能量、暗物质、星系形成，甚至遥远世界起源的理解。

罗曼太空望远镜是美国国家航空航天局（NASA）的天文台，旨在揭示暗能量和暗物质的秘密，搜寻和拍摄系外行星，并探索红外天体物理学的诸多课题。图片来源：NASA

美国宇航局南希·格雷斯·罗曼太空望远镜团队已完成该任务三项核心巡天任务的设计，这将开启宇宙探索的新纪元。这些巡天任务旨在探究天体物理学中一些最深奥的谜团，从暗能量、暗物质到遥远世界的形成，最终目标是大幅拓展我们对宇宙的理解。

“罗曼计划旨在对宇宙进行广泛而深入的巡天，以帮助我们解答暗能量和暗物质如何控制宇宙演化，以及太阳系外行星的人口结构等问题，”犹他大学副教授、罗曼观测时间分配委员会（ROTAC）联合主席盖尔·扎索夫斯基（Gail Zasowski）说道。“但首要目标是让这些巡天具有广泛的吸引力和广泛的科学应用。它们是由天文学界设计的，也是为天文学界服务的，旨在最大限度地提升其所能带来的科学价值。”

这张信息图重点介绍了美国宇航局南希·格雷斯·罗曼太空望远镜的三个主要观测项目，它们可以帮助天文学家以前所未有的方式观察宇宙，揭示出散布在浩瀚时空的数十亿个宇宙天体。图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心

“罗曼”号拥有清晰的宽视场太空视野，加上其快速的巡天速度，将为天文学家提供前所未有的宇宙观测视角。为了确定任务重点，罗曼团队邀请科学界为每项巡天任务提出研究重点。来自多个机构的科学家组成的委员会审查了这些建议，并协助制定了三项强有力的巡天计划。

今年4月，团队根据社区意见最终确定了设计方案。这三项巡天任务加起来将占据“罗曼”号五年主要任务期间高达75%的观测时间。剩余时间将留给更广泛的科学界在未来提出和开发的其他项目。

“这些巡天设计是来自全球350多个机构的1000多名科学家两年来共同努力的结晶，”罗曼号在NASA戈达德的高级项目科学家朱莉·麦克纳里说道。“我们很高兴能够听到这么多人的反馈，他们将在发射后利用这些数据来探索一切，从外太阳系的天体、银河系中的行星、暗物质和暗能量，到爆炸的恒星、不断增长的黑洞、数十亿个星系等等。”

随着所有主要硬件的交付，“罗曼”已进入发射准备的最后阶段，正在NASA戈达德航天中心进行集成和关键环境测试。“罗曼”计划于2027年5月发射，团队正在努力争取最早于2026年10月发射。

这张信息图描述了NASA南希·格雷斯·罗曼太空望远镜即将开展的高纬度广域巡天。该观测项目包含三个部分，将在不到一年半的时间内覆盖超过5000平方度（约占天空面积的12%）。主要部分覆盖约2500平方度，进行光谱分析（将光分解成各种颜色以研究揭示详细信息的模式）和多重滤光片成像（使天文学家能够选择特定波长的光），以提供精确研究宇宙所需的丰富数据集。更宽阔的部分使用单个滤光片覆盖两倍以上的区域，具体来说，覆盖了南北半球地面望远镜都能观测到的大片区域。最后一个部分聚焦于一个较小的区域，以提供更深入的视野，帮助天文学家研究暗淡遥远的星系。图片来源：NASA戈达德太空飞行中心

罗曼规模最大的巡天项目——高纬度广域巡天（High-Latitude Wide-Area Survey）——结合了成像和光谱技术，揭示了分布在广阔宇宙时间带中的超过十亿个星系。罗曼的观测范围远离我们银河系尘埃平面（这正是巡天项目名称中“高纬度”的含义），他仰望银河系，而非穿过银河系，从而获得最清晰的遥远宇宙图像。

罗曼拍摄的巨大的、深层图像中星系的分布和形状可以帮助我们了解暗能量的性质——这种压力似乎正在加速宇宙的膨胀——以及罗曼将通过其引力效应探测到的不可见暗物质如何影响我们宇宙结构的演变。

过去两年，研究人员一直在探讨如何扩大使用同一数据集进行研究的科学课题范围，包括研究星系演化、恒星形成、宇宙空洞、星系间物质等等。

这张信息图描述了NASA南希·格雷斯·罗曼太空望远镜即将开展的高纬度时间域巡天。该巡天的主要部分覆盖超过18平方度的天区——相当于90个满月大小——并观测到大约80亿年前发生的超新星爆发。巡天中较小的区域可以探测到更远的地方，可能追溯到宇宙大约10亿年前的时期。巡天将分为南北半球，位于罗曼望远镜可以持续观测到的天空区域。巡天的主要部分是罗曼望远镜五年主要任务期间，每五天进行一次30小时的观测，持续两年。图片来源：NASA戈达德太空飞行中心

罗曼的高纬度时间域巡天系统可以通过反复观测宇宙的同一区域来探索我们动态的宇宙。将这些观测结果拼接起来制作成影像，可以让科学家研究天体和现象在几天到几年的时间段内是如何变化的。

这项巡天可以通过发现和研究数千颗特殊类型的爆炸恒星（即Ia型超新星）来探测暗能量。这些恒星灾难使科学家能够测量宇宙距离并追踪宇宙的膨胀。

“长时间凝视大片天空，还能揭示中子星合并产生的黑洞，以及潮汐瓦解事件——恒星坠入黑洞时释放的耀斑，”新泽西州新不伦瑞克市罗格斯大学教授、ROTAC联合主席索拉布·贾（Saurabh Jha）说道。“它还能让天文学家探索变星体，例如活跃星系和双星系统。而且，它比大多数其他太空望远镜能够进行更开放的宇宙探索，为我们解答尚未想到的问题提供机会。”

这张信息图描述了NASA南希·格雷斯·罗曼太空望远镜即将进行的银河系核球时间域巡天。作为罗曼望远镜核心巡天中规模最小的巡天项目，这项观测计划包含对六个区域（总面积1.7平方度）的重复访问。其中一个区域位于银河系正中心，其他区域位于附近——罗曼望远镜每年春秋两季将连续72天观测到这片区域。这项巡天主要包含六个观测季（罗曼望远镜主要任务初期三个，罗曼望远镜主要任务结束前三个），在此期间，罗曼望远镜每12分钟观测一次每个区域。在任务期间的其他时间，罗曼望远镜也会以较低的强度观测这六个区域，这使得天文学家能够探测到可能持续数年的微透镜现象，这些现象预示着孤立的恒星质量黑洞的存在。图片来源：NASA戈达德太空飞行中心

与高纬度巡天不同，罗曼的银河系核球时间域巡天将向内观测，提供迄今为止对银河系中心最深的观测之一。罗曼的清晰分辨率和红外视野可以让天文学家观察数亿颗恒星，寻找微透镜信号——当中间物体几乎从背景恒星前方经过时，背景恒星光线的引力增强。虽然天文学家主要发现了环绕恒星的行星，但罗曼的微透镜观测可以发现位于其恒星宜居带及更远区域的行星，包括除水星外太阳系中所有行星的类似物。

同一组观测结果还可以揭示在银河系中漂移、不受任何恒星束缚的“流浪”行星、棕矮星（质量太轻，无法像恒星那样通过核聚变自身产生能量的“失败恒星”）以及中子星和白矮星等恒星残骸。科学家们还可以通过观察行星经过恒星前方时恒星周期性地变暗（这种现象被称为凌日现象）来发现10万颗新世界。科学家还可以研究恒星本身，探测百万颗巨型恒星上的“星震”，这是声波在其内部回荡的结果，可以揭示有关其结构、年龄和其他特性的信息。

罗曼的所有调查数据将在处理后立即公开，不存在独占访问期。

“罗曼号前所未有的数据将为天文学家探索各种宇宙课题提供几乎无限的机会，”麦克纳里说。“任务启动后，我们将迅速了解到大量有关宇宙的新信息。”

编译自/scitechdaily