Nancy Grace Roman: il telescopio che mapperà l’universo su scala gigantesca

Il Nancy Grace Roman Space Telescope è il prossimo grande osservatorio astrofisico della NASA. La sua caratteristica decisiva non sarà soltanto la nitidezza delle immagini, paragonabile a quella di Hubble, ma soprattutto la capacità di osservare enormi porzioni di cielo in una singola esposizione. Il suo Wide Field Instrument permetterà di costruire grandi mappe statistiche di galassie, materia, espansione cosmica e pianeti oltre il Sistema solare.

Quando verrà lanciato Roman?

Le pagine tecniche della NASA indicano attualmente il 30 agosto 2026 come data prevista per il lancio. Altri materiali dell’agenzia mantengono però una formulazione più ampia: la missione dovrà partire entro maggio 2027. La data di agosto va quindi considerata come l’obiettivo attuale, non come una garanzia definitiva.

Roman dovrebbe decollare dal Kennedy Space Center della NASA, in Florida, a bordo di un razzo Falcon Heavy di SpaceX.

Dove opererà il telescopio?

Dopo il lancio, l’osservatorio raggiungerà una posizione nei pressi del punto L2 del sistema Sole-Terra, a circa 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, nella direzione opposta rispetto al Sole. Questo punto di osservazione è pensato per favorire le osservazioni nell’infrarosso e mantenere una geometria adatta a scandagliare ampie aree del cielo.

Perché la NASA ha costruito Roman?

La missione è stata progettata per affrontare alcune delle domande più profonde dell’astrofisica contemporanea:

• Energia oscura: che cosa sta accelerando l’espansione dell’universo?
• Materia oscura: come è distribuita la materia invisibile e come ha contribuito alla crescita delle strutture cosmiche?
• Esopianeti: quanto sono comuni i pianeti oltre il Sistema solare, soprattutto quelli freddi e poco massicci?
• Evoluzione delle galassie: come sono cambiate galassie e quasar nel corso di miliardi di anni?
• Astrofisica infrarossa: che cosa possono rivelare le lunghezze d’onda infrarosse sulle regioni ricche di polveri, sulle galassie lontane, sulle stelle e sui sistemi planetari?

A differenza di un telescopio pensato per concentrarsi a lungo su un singolo oggetto molto debole, Roman è costruito per osservare rapidamente regioni estese e in modo uniforme. Questa scala renderà più facile trovare oggetti rari, eventi transitori e deboli schemi nella struttura dell’universo, oltre a misurarli con maggiore affidabilità statistica.

Il vantaggio di un campo visivo enorme

Lo strumento principale di Roman, il Wide Field Instrument (WFI), è una fotocamera infrarossa da 300 megapixel con un campo visivo almeno 100 volte più ampio di quello di Hubble. Ogni immagine coprirà una porzione di cielo superiore, in area apparente, a quella della Luna piena, mantenendo al tempo stesso una capacità di ripresa inferiore al secondo d’arco.

Questa combinazione assegna a Roman un ruolo particolare nell’astronomia spaziale:

1. Osservare più cielo a ogni esposizione. Il telescopio potrà creare grandi mappe in molto meno tempo rispetto a uno strumento con campo ristretto.
2. Trovare oggetti ed eventi rari. Una visuale più ampia aumenta la probabilità di individuare galassie insolite, oggetti variabili e fenomeni cosmici di breve durata.
3. Costruire campioni statistici più solidi. Cataloghi molto estesi aiutano a distinguere i segnali cosmici reali dalle variazioni casuali.
4. Selezionare obiettivi per osservazioni successive. Hubble, Webb e gli osservatori a Terra potranno studiare nel dettaglio gli oggetti più interessanti.

Secondo la NASA, nel corso della sua missione Roman potrebbe misurare la luce proveniente da circa un miliardo di galassie. Nei primi cinque anni di attività, i dati prodotti dovrebbero raggiungere volumi enormi: i materiali tecnici stimano circa 11 terabit al giorno e oltre 20 petabyte complessivi nei primi cinque anni.

Quali osservazioni svolgerà?

Il programma scientifico prevede tre grandi campagne definite dalla comunità astronomica, affiancate da ulteriori programmi di astrofisica generale. Le campagne principali saranno:

• la High-Latitude Wide-Area Survey, una survey ad ampia area ad alta latitudine;
• la High-Latitude Time-Domain Survey, dedicata all’evoluzione degli oggetti nel tempo;
• la Galactic Bulge Time-Domain Survey, rivolta alla regione centrale e densamente popolata della Via Lattea.

La survey ad ampia area combinerà immagini e spettroscopia su migliaia di gradi quadrati. Il suo obiettivo cosmologico principale sarà mappare la distribuzione delle galassie e misurare la forma delle galassie lontane, ma gli stessi dati potranno essere usati per studiare corpi del Sistema solare, struttura della Via Lattea, galassie vicine, quasar ed evoluzione galattica fino all’epoca della reionizzazione.

I dati di Roman dovrebbero essere resi pubblici senza un periodo iniziale di accesso riservato. Questo approccio aperto permetterà a molti gruppi di ricerca di analizzare gli stessi prodotti e di sviluppare studi che vadano oltre gli obiettivi principali della missione.

Come studierà energia oscura e materia oscura?

Roman analizzerà l’energia oscura misurando due aspetti complementari: come si è espanso l’universo e come è cresciuta la sua struttura nel tempo. La NASA prevede di combinare diverse tecniche, tra cui le misure delle distanze delle supernove, gli spostamenti verso il rosso delle galassie, le oscillazioni acustiche barioniche e il lensing gravitazionale debole.

Il lensing debole sarà particolarmente importante per lo studio della materia oscura. La gravità della materia che si trova tra noi e una galassia lontana devia leggermente la luce e altera in modo sottile la forma apparente di quella galassia. Misurando queste distorsioni correlate su un’area enorme, gli astronomi potranno realizzare mappe della materia totale, compresa quella oscura, che non emette né riflette luce rilevabile.

Confrontare la storia dell’espansione cosmica con la crescita delle strutture permetterà di mettere alla prova diverse spiegazioni dell’accelerazione dell’universo. I risultati potrebbero mostrare se l’energia oscura si comporta come previsto o se sia necessario rivedere la nostra comprensione della gravità e della cosmologia.

Come troverà nuovi esopianeti?

La Galactic Bulge Time-Domain Survey osserverà ripetutamente una regione affollata verso il centro della Via Lattea. Il metodo principale sarà il microlensing gravitazionale, cioè l’effetto per cui la gravità di una stella in primo piano ingrandisce temporaneamente la luce di una stella più lontana.

Se attorno alla stella in primo piano orbita un pianeta, il pianeta può produrre un breve segnale aggiuntivo nel profilo di luminosità. Il microlensing è particolarmente utile per trovare pianeti freddi, poco massicci o addirittura liberi — non legati a una stella — che possono essere difficili da individuare con i metodi basati sui transiti o sulla velocità radiale.

Roman porterà inoltre il Coronagraph Instrument, uno strumento pensato soprattutto come dimostrazione tecnologica e non come fotocamera principale della missione. Riducendo la luce abbagliante della stella ospite, il coronografo testerà la possibilità di ottenere immagini dirette di pianeti maturi delle dimensioni di Giove in orbita attorno a stelle simili al Sole. I risultati potrebbero contribuire allo sviluppo di futuri osservatori capaci di fotografare pianeti più piccoli, potenzialmente simili alla Terra.

I due strumenti di Roman

Wide Field Instrument

Il WFI è lo strumento scientifico principale. Realizzerà immagini infrarosse su vaste aree e osservazioni spettroscopiche utilizzando diversi filtri, un grism e un prisma a bassa risoluzione. Queste funzioni sosterranno i programmi di cosmologia, evoluzione delle galassie, fenomeni variabili e microlensing.

Coronagraph Instrument

Il Coronagraph Instrument è dedicato alla tecnologia di imaging diretto ad alto contrasto. Il suo compito è dimostrare tecniche per bloccare o sopprimere la luce stellare, così da rilevare pianeti molto più deboli accanto alle loro stelle. È un percorso tecnologico importante, ma la forza scientifica distintiva di Roman resterà la capacità panoramica del WFI.

Roman, Hubble e Webb: missioni complementari

Roman non sostituirà né il telescopio spaziale Hubble né il James Webb Space Telescope. I tre osservatori sono ottimizzati per strategie diverse:

• Roman: esaminerà rapidamente grandi porzioni di cielo, individuando popolazioni, schemi, eventi transitori e obiettivi interessanti.
• Hubble: continuerà a offrire immagini molto nitide e un archivio osservativo costruito in oltre tre decenni per oggetti e regioni selezionati.
• Webb: studierà obiettivi specifici con maggiore dettaglio e potrà guardare più indietro nel tempo, con una risoluzione più elevata in determinati intervalli infrarossi.

La NASA riassume la differenza in modo semplice: Roman osserverà ampie distese di cielo, mentre Hubble e Webb si concentreranno su singoli oggetti o regioni. Le grandi mappe di Roman potranno quindi diventare uno strato di scoperta e di contesto, lasciando agli altri osservatori l’analisi ravvicinata degli obiettivi più importanti.

La vera innovazione sarà la scala

Le scoperte più note associate a Roman potrebbero riguardare nuovi pianeti, misure più precise dell’energia oscura e mappe dettagliate della struttura cosmica. Il suo impatto più ampio, tuttavia, nascerà dall’unione di immagini infrarosse nitide, spettroscopia, osservazioni ripetute e accesso pubblico a dataset immensi.

Questo approccio permetterà di affrontare sia le domande più grandi — come si espande l’universo e come si formano le sue strutture — sia una lunga serie di problemi più circoscritti: dal centro affollato della Via Lattea alle galassie lontane, fino ai sistemi planetari ancora sconosciuti.

L’innovazione essenziale di Roman non consiste semplicemente nel vedere più lontano. Consiste nel vedere molto più cielo alla volta, trasformando l’universo da una raccolta di singoli oggetti in una popolazione che può essere osservata, confrontata e misurata nel suo insieme.