Equipe se prepara para estudar energia escura por meio da explosão de estrelas com o Roman da NASA
Este vídeo brilha com supernovas sintéticas do projeto OpenUniverse, que simula observações do futuro Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA. Mais de um milhão de estrelas explodindo brilham na visibilidade e então desaparecem lentamente. O brilho real de cada evento transitório foi ampliado por um fator de 10.000 para visibilidade, e nenhuma luz de fundo foi adicionada às imagens simuladas. O padrão de quadrados mostra o campo de visão completo de Roman.
Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA e M. Troxel
O universo está se expandindo para fora em um ritmo cada vez mais rápido sob o poder de uma força desconhecida chamada energia escura. Um dos principais objetivos do futuro Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA é ajudar os astrônomos a reunir pistas para o mistério. Uma equipe está preparando o cenário agora para ajudar os astrônomos a se prepararem para essa ciência emocionante.
“Roman irá escanear o cosmos mil vezes mais rápido do que o Telescópio Espacial Hubble da NASA pode, ao mesmo tempo em que oferece qualidade de imagem semelhante à do Hubble”, disse Rebekah Hounsell , uma cientista assistente de pesquisa na Universidade de Maryland-Baltimore County trabalhando no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, e uma co-investigadora principal da Equipe de Infraestrutura do Projeto de Cosmologia de Supernova se preparando para a Pesquisa de Domínio de Tempo de Alta Latitude da missão . “Teremos uma quantidade avassaladora de dados e queremos fazer com que os cientistas possam usá-los desde o primeiro dia.”
Roman observará repetidamente regiões amplas e profundas do céu em luz quase infravermelha, abrindo uma visão totalmente nova do universo e revelando todos os tipos de coisas que acontecem na noite. Isso inclui estrelas sendo despedaçadas ao passarem muito perto de um buraco negro, emissões intensas de centros de galáxias e uma variedade de explosões estelares chamadas supernovas.
Esta sonificação de dados transforma uma vasta simulação de uma pesquisa cósmica do futuro Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA em uma sinfonia de explosões estelares. O brilho de cada supernova controla seu volume, enquanto sua cor define seu tom –– supernovas mais vermelhas e distantes correspondem a tons profundos e baixos, enquanto as mais azuis e próximas correspondem a frequências mais altas. O som em estéreo reflete suas localizações no céu. O resultado soa como sinos de vento celestiais, oferecendo uma maneira de “ouvir” fogos de artifício cósmicos. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA, M. Troxel, SYSTEM Sounds (M. Russo, A. Santaguida)
Armas de radar cósmico
Cientistas estimam que cerca de meia dúzia de estrelas explodem em algum lugar do universo observável a cada minuto. Em média, uma delas será uma variedade especial chamada tipo Ia que pode ajudar astrônomos a medir o universo.
Essas explosões atingem o pico com um brilho intrínseco semelhante, permitindo que os cientistas encontrem suas distâncias simplesmente medindo o quão brilhantes elas parecem.
Os cientistas também podem estudar a luz dessas supernovas para descobrir o quão rápido elas estão se afastando de nós. Ao comparar o quão rápido elas estão se afastando em diferentes distâncias, os cientistas traçarão a expansão cósmica ao longo do tempo.
Usando dezenas de supernovas do tipo Ia, cientistas descobriram que a expansão do universo está acelerando . Roman encontrará dezenas de milhares, incluindo algumas muito distantes, oferecendo mais pistas sobre a natureza da energia escura e como ela pode ter mudado ao longo da história do universo.
“A visão infravermelha próxima de Roman nos ajudará a olhar mais longe porque a luz mais distante é esticada, ou avermelhada, à medida que viaja pelo espaço em expansão”, disse Benjamin Rose, professor assistente na Baylor University em Waco, Texas, e co-investigador principal da equipe de infraestrutura. “E abrir uma janela maior, por assim dizer, nos ajudará a entender melhor esses objetos como um todo”, o que permitiria aos cientistas aprender mais sobre a energia escura. Isso pode incluir descobrir uma nova física ou descobrir o destino do universo .
O Telescópio do Povo
Os membros da equipe de planejamento têm feito parte do processo comunitário para buscar contribuições de cientistas do mundo todo sobre como a pesquisa deve ser projetada e como o pipeline de análise deve funcionar. Coletar contribuições públicas dessa forma é incomum para um telescópio espacial, mas é essencial para Roman porque cada observação grande e profunda permitirá uma riqueza de ciência, além de cumprir o objetivo principal da pesquisa de sondar a energia escura.
Em vez de exigir que muitos cientistas individuais enviem propostas para reservar seu próprio tempo no telescópio espacial, as principais pesquisas de Roman serão coordenadas abertamente, e todos os dados se tornarão públicos imediatamente.
“Em vez de uma única equipe perseguir um objetivo científico, todos poderão vasculhar os dados de Roman para uma ampla variedade de propósitos”, disse Rose. “Todos poderão jogar imediatamente.”
Esta animação mostra um possível padrão de mosaico de parte do High Latitude Time-Domain Survey do Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA. O programa de observação, que está sendo projetado por um processo comunitário, deve ter dois componentes: amplo (cobrindo 18 graus quadrados, uma região do céu tão grande quanto cerca de 90 luas cheias) e profundo (cobrindo cerca de 5,5 graus quadrados, quase tão grande quanto 25 luas cheias). Esta animação mostra a porção mais profunda, que espiaria de volta para quando o universo tinha cerca de 500 milhões de anos, menos de 4% de sua idade atual de 13,8 bilhões de anos.
Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA
Isto é um exercício
A NASA planeja anunciar o design da pesquisa para as três principais pesquisas de Roman , incluindo a Pesquisa de Domínio de Tempo de Alta Latitude, nesta primavera. Então, a equipe de planejamento irá simulá-la em sua totalidade.
“É como uma receita”, disse Hounsell. “Você coloca sua estratégia de observação — quantos dias, quais filtros — e adiciona ‘temperos’ como incertezas, efeitos de calibração e coisas que não sabemos tão bem sobre o instrumento ou as próprias supernovas que afetariam nossos resultados. Podemos injetar supernovas nas imagens sintéticas e desenvolver as ferramentas que precisaremos para analisar e avaliar os dados.”
Os cientistas continuarão usando os dados sintéticos mesmo depois que Roman começar a observar, ajustando todos os aspectos da simulação e corrigindo incógnitas para ver quais imagens resultantes melhor correspondem às observações reais. Os cientistas podem então ajustar nossa compreensão da física subjacente do universo.
“Presumimos que todas as supernovas são as mesmas, independentemente de quando ocorreram na história do universo, mas esse pode não ser o caso”, disse Hounsell. “Vamos olhar mais para trás no tempo do que já fizemos com as supernovas do tipo Ia, e não temos certeza absoluta se a física que entendemos agora se manterá.”
Há razões para suspeitar que não. As primeiras estrelas eram feitas quase exclusivamente de hidrogênio e hélio, em comparação com as estrelas de hoje, que contêm várias dezenas de elementos. Essas estrelas antigas também viviam em ambientes muito diferentes das estrelas de hoje. As galáxias estavam crescendo e se fundindo, e as estrelas estavam se formando em um ritmo furioso antes que as coisas começassem a se acalmar, entre cerca de 8 e 10 bilhões de anos atrás.
“Roman vai aumentar dramaticamente nossa compreensão desta era cósmica”, disse Rose. “Aprenderemos mais sobre evolução cósmica e energia escura, e graças à grande visão profunda de Roman, também poderemos fazer muito mais ciência com os mesmos dados. Nosso trabalho ajudará todos a começarem a trabalhar imediatamente após os lançamentos de Roman.”
Para mais informações sobre o Telescópio Espacial Romano, visite www.nasa.gov/roman .
O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman é gerenciado no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, com a participação do Jet Propulsion Laboratory da NASA e Caltech/IPAC no sul da Califórnia, o Space Telescope Science Institute em Baltimore e uma equipe científica composta por cientistas de várias instituições de pesquisa. Os principais parceiros industriais são a BAE Systems Inc. em Boulder, Colorado; L3Harris Technologies em Rochester, Nova York; e Teledyne Scientific & Imaging em Thousand Oaks, Califórnia.
