Nancy Grace Roman -avaruusteleskooppi avaa näkymän miljardien galaksien kosmokseen

Miljardien galaksien tilastollinen kartoitus

Romanin vahvuus ei ole yksittäisen kohteen mahdollisimman yksityiskohtainen lähikuva, vaan kokonaiskuva. NASA arvioi, että teleskooppi voi tehtävänsä aikana mitata valoa noin miljardista galaksista.

Laaja aineisto auttaa tutkijoita selvittämään, miten galaksit jakautuvat avaruudessa, miten niiden rakenteet kehittyvät ja kuinka maailmankaikkeus on laajentunut eri aikakausina. Julkaistaviksi tarkoitetut Romanin havainnot ovat tiedeyhteisön käytettävissä ilman erillistä rajoitetun käyttöoikeuden jaksoa.

Pimeä energia ja kiihtyvä laajeneminen

Yksi Romanin päätavoitteista on selvittää, mikä saa maailmankaikkeuden laajenemisen kiihtymään. Tutkijat yhdistävät tähän useita mittauksia:

• galaksien ryhmittymisen ja kolmiulotteisen jakauman,
• galaksijoukkojen sekä satojen miljoonien galaksien heikon gravitaatiolinssiefektin,
• ja tyypin Ia supernovien avulla mitattavia etäisyyksiä.

Heikko gravitaatiolinssi tarkoittaa sitä, että etualalla oleva aine taivuttaa kaukaisista galakseista tulevaa valoa. Galaksien muotojen pienet vääristymät paljastavat siten myös näkymätöntä massaa eli pimeää ainetta.

Kun laajenemista ja aineen rakenteiden kasvua mitataan yhdessä, tutkijat voivat testata, käyttäytyykö pimeä energia kosmologisen vakion tavoin vai tarvitseeko nykyinen painovoimateoria korjauksia kosmisilla mittakaavoilla.

Tuhansia uusia planeettoja mikrolinssillä

Romanin Galactic Bulge Time-Domain Survey seuraa Linnunradan keskustan tiheää tähtialuetta, jossa satojen miljoonien tähtien kirkkaus voi muuttua lyhyesti. Menetelmä on nimeltään gravitaatiomikrolinssi.

Mikrolinssi syntyy, kun etualalla oleva tähti kulkee lähes samaan linjaan kaukaisemman tähden kanssa. Etualan tähden painovoima toimii linssinä ja voimistaa taustatähden valoa. Jos etualan tähdellä on planeetta, se voi aiheuttaa tähän kirkastumiseen oman lyhyen poikkeamansa.

Menetelmä löytää planeettoja, joita kauttakulkumittaukset eivät helposti havaitse: esimerkiksi kylmiä, kaukana tähdistään kiertäviä planeettoja sekä niin sanottuja vapaita planeettoja, jotka eivät kierrä mitään tähteä. NASA:n nykyinen arvio on, että Roman löytää tällä tekniikalla noin 100 000 planeettaa. Aiemmin esitetty 200 000 planeetan luku ei ole NASA:n tämänhetkinen virallinen arvio.

Coronagraph tutkii planeettoja suoraan

Romanissa on myös Coronagraph Instrument -instrumentti. Sen tehtävä on pääasiassa teknologian demonstraatio: koronagrafi peittää tähden kirkkaan valon, jotta sen läheisyydessä olevia paljon himmeämpiä kohteita voidaan yrittää kuvata.

Instrumentilla on tarkoitus ottaa suoria kuvia valikoiduista jättiläisplaneetoista ja planeettoja muodostavista pölykiekoista sekä tehdä niistä spektroskooppisia havaintoja. Kehitettävä tekniikka voi olla tärkeä tuleville avaruusobservatorioille, joiden tavoitteena on tutkia mahdollisesti elinkelpoisia maailmoja.

Laukaisuvalmistelut ja tekniset perustiedot

Romanin nimellinen toiminta-aika on viisi vuotta, mutta tavoitteena on kymmenen vuoden tehtävä. Laukaisuvalmistelut etenivät merkittävään vaiheeseen 25. heinäkuuta, kun teknikoiden kerrottiin täyttäneen teleskooppiin noin 290 gallonaa eli lähes 1 100 litraa hydratsiinia. Polttoainetta tarvitaan laukaisun jälkeen lentoradan korjaamiseen ja observatorion pitämiseen oikeassa asemassa L2-pisteen läheisyydessä.

NASA:n teknisten tietojen mukaan Romanin tiedonsiirtonopeus on noin 250–500 megabittiä sekunnissa ja datamäärä enimmillään noin 11 terabittiä vuorokaudessa. Lähteissä ei kuitenkaan ole riittävän vahvaa NASA:n vahvistusta tarkalle väitteelle 500 teratavusta vuodessa. Samoin väite siitä, että Roman kartoittaisi Linnunradan yhdessä kuukaudessa verrattuna Hubblella kuluvaan vuosisataan, ei käy ilmi käytettävissä olevista korkean auktoriteetin lähteistä.

Roman ja Webb täydentävät toisiaan

Roman ei korvaa James Webb -avaruusteleskooppia, eikä niiden tarkoitus ole kilpailla keskenään. Roman on optimoitu laajojen alueiden nopeaan kartoitukseen ja suurten kohdejoukkojen löytämiseen. Webb puolestaan pystyy tekemään valituista kohteista syvempiä ja yksityiskohtaisempia havaintoja.

Käytännössä Roman voi toimia kosmisena etsijänä: se löytää harvinaisia galakseja, supernovia ja planeettajärjestelmiä sekä tuottaa laajoja tilastollisia karttoja. Webb voi sen jälkeen suunnata huomionsa kiinnostavimpiin yksittäisiin kohteisiin. Yhdessä observatoriot tarjoavat sekä kosmisen yleiskuvan että erittäin tarkat lähitutkimukset.