Uma equipe de cientistas previu o impacto científico da Pesquisa de Área Ampla de Alta Latitude do Telescópio Espacial Nancy Grace Roman em questões críticas em cosmologia.
Este programa de observação consistirá em imagens, que revelam as localizações, formas, tamanhos e cores de objetos como galáxias distantes, e espectroscopia, que envolve medir a intensidade da luz desses objetos em diferentes comprimentos de onda, através da mesma faixa enorme do universo. Os cientistas serão capazes de aproveitar o poder de uma variedade de técnicas de verificação cruzada usando este rico conjunto de dados, que promete uma visão sem precedentes de alguns dos problemas mais incômodos da cosmologia.
Quando começar a funcionar em 2027, o Roman trará resultados que seriam impossíveis de alcançar com os telescópios existentes. Seu impacto será ainda mais aprimorado pela parceria com outras novas instalações, como o Observatório Vera C. Rubin, um novo telescópio de campo amplo que está sendo construído no cume do Cerro Pachón, no Chile. Programado para iniciar as operações em 2024, a pesquisa planejada de Rubin para 10 anos se estende pela missão principal de cinco anos do Roman.
“Ao prever o retorno do Roman à ciência, esperamos ajudar a comunidade científica a desenvolver a melhor estratégia para observar o cosmos”, disse Tim Eifler, professor assistente da Universidade do Arizona em Tucson. “Aguardamos ansiosamente as imagens e os dados que a missão enviará para nos ajudar a entender melhor alguns dos maiores mistérios do universo.”
Os resultados da equipe são descritos em dois artigos liderados por Eifler e publicados na edição de outubro do Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. O estudo é parte de um esforço de uma equipe mais ampla de cientistas líderes mundiais para se preparar para analisar os dados cosmológicos do Roman.
“Nosso estudo só foi possível por causa de toda a experiência, de teóricos a observadores, que está presente na equipe maior”, disse Eifler.
Um observatório multitalentoso
A missão Roman deve sua abordagem multifacetada à combinação de imagens e espectroscopia em um enorme campo de visão, que permite duas técnicas cosmológicas principais: agrupamento de galáxias e lentes gravitacionais fracas. O primeiro mede as posições exatas de centenas de milhões de galáxias fracas. Lentes fracas medem como as imagens das galáxias foram distorcidas pela gravidade da matéria interveniente. Com sua visão ampla e profunda, o Roman permitirá aos cientistas estudar a estrutura e a evolução do universo e explorar o conceito de aceleração cósmica como nunca antes.
Aprender como o universo evoluiu até seu estado atual oferecerá pistas sobre o que está acelerando a expansão do universo. Além de lentes fracas e agrupamento de galáxias, o Roman estudará este mistério de várias maneiras, incluindo o levantamento do céu em busca de um tipo especial de estrela em explosão chamada supernova do tipo Ia. A missão também vai sondar a aceleração cósmica medindo as massas e os desvios para o vermelho dos aglomerados de galáxias, as maiores estruturas do universo. O número e o tamanho dessas estruturas dependem de como a velocidade de expansão do universo muda.
“Usar vários métodos diferentes para estudar a causa por trás da aceleração cósmica ajudará os astrônomos a reduzir muito a incerteza que atormentou as medições de expansão”, disse Hironao Miyatake, professor associado da Universidade de Nagoya no Japão e co-autor dos artigos. “Cada método irá verificar os outros, o que é uma das razões pelas quais o Roman será capaz de fornecer resultados extremamente precisos.”
Combinar tantos métodos de observação permitirá aos astrônomos investigarem mistérios adicionais, também, incluindo a determinação da quantidade de matéria escura – matéria invisível que é detectável apenas por meio de seus efeitos gravitacionais – e o rastreamento do crescimento de buracos negros no universo primitivo que formam as sementes de galáxias massivas.
“O Roman foi projetado especificamente para resolver mistérios como a aceleração cósmica, mas sua enorme visão do universo revelará um tesouro de dados que também pode ajudar a explicar outros quebra-cabeças”, disse Elisabeth Krause, professora assistente da Universidade do Arizona e um co-autor dos artigos. “A missão pode até ajudar a responder a perguntas que ninguém pensou em fazer ainda.”
Fazendo parceria com Rubin
O Roman não é o único observatório projetado para sondar a aceleração cósmica. Em um artigo, a equipe explorou como o Roman trabalhará lado a lado com outro telescópio: o Observatório Rubin. Nomeado em homenagem à astrônoma americana Vera Rubin, que mostrou que as galáxias são feitas principalmente de matéria escura, o Observatório Rubin usará seu espelho primário de 8,4 metros (27,4 pés) para conduzir um levantamento verdadeiramente gigantesco do céu, cobrindo cerca de 44% do céu por mais de 10 anos.
“As observações de Roman começarão, em termos de comprimento de onda, onde terminam as observações de Rubin”, disse Eifler. “Roman planeja ver uma área menor do céu, mas verá muito mais profundamente e gerará imagens mais claras, já que estará localizado acima da atmosfera da Terra.”
A estratégia de observação atual para Pesquisa de Área Ampla de Alta Latitude de Roman permitirá observações de cerca de 5% do céu – 2.000 graus quadrados – ao longo de cerca de um ano. No entanto, a equipe ilustrou como a mudança no design da pesquisa pode produzir resultados convincentes. A pesquisa poderia ser estendida, por exemplo, para cobrir mais áreas da mesma área que Rubin observará. Ou pode observar galáxias usando um único filtro amplo, em vez de fazer imagens com quatro filtros separados, permitindo observações mais rápidas e ainda mantendo a profundidade da pesquisa.
“É emocionante considerar os benefícios que ganharíamos com a fusão das observações dos dois telescópios”, disse Krause. “O Roman vai ganhar com o campo de observação maior de Rubin, e Rubin vai ganhar enormemente com algumas observações mais profundas com a melhor qualidade de imagem do Roman. As missões vão melhorar muito umas às outras.”
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 vários instituições de pesquisa. Os principais parceiros industriais são Ball Aerospace and Technologies Corporation em Boulder, Colorado; L3Harris Technologies em Melbourne, Flórida; e Teledyne Scientific & Imaging em Thousand Oaks, Califórnia.
Publicado em 11/11/2021 19h48
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