Projekt RINGS pomoże usprawnić kosmiczną archeologię

Naukowcy wykorzystają Teleskop Kosmiczny Nancy Grace Roman do przeprowadzenia projektu RINGS (the Roman Infrared Nearby Galaxies Survey), który pozwoli lepiej poznać przeszłość Wszechświata.

Wszechświat to dynamiczne, nieustannie zmieniające się miejsce, w którym galaktyki są aktywne, łączą się ze sobą i zmieniają się. Niestety, ponieważ zmiany te zachodzą przez miliony lub miliardy lat, teleskopy mogą zaobserwować jedynie minimalny czas trwania tych zdarzeń, często skompresowany do ludzkiego życia.

Astronomowie zaznaczają jednak, że galaktyki pozostawiają wskazówki na temat swojej historii i tego, jak się uformowały. Planowany przez NASA Teleskop Kosmiczny Nancy Grace Roman będzie miał możliwość poszukiwania tych skamieniałości formowania się galaktyk poprzez obrazowanie w wysokiej rozdzielczości tych obiektów w pobliskim Wszechświecie.

Astronomowie opracowują zestaw obserwacji o nazwie RINGS (the Roman Infrared Nearby Galaxies Survey), aby zebrać te niezwykłe obrazy, a następnie za pomocą publicznie dostępnych narzędzi, przekazać je społeczność astronomicznej, która będzie mogła z nich skorzystać i badać przeszłość kosmosu. Jednak przegląd RINGS to wstępna koncepcja, która może, ale nie musi zostać wdrożona podczas misji naukowej Romana.

Teleskop Roman ma wyjątkową możliwość przeprowadzenia misji RINGS ze względu na rozdzielczość podobną do Kosmicznego Teleskopu Hubble’a NASA i szerokie pole widzenia –200 razy większe niż Hubble’a w podczerwieni – co czyni go narzędziem do przeglądu nieba, który uzupełnia możliwości wąskiego pola Hubble’a.

Naukowcy mogą jedynie przyjrzeć się krótkim momentom w życiu ewoluujących galaktyk, które ostatecznie doprowadziły do w pełni uformowanych galaktyk, które otaczają nas dzisiaj. W rezultacie samo formowanie się tych obiektów może być trudne do prześledzenia, dla badaczy.

Na szczęście galaktyki pozostawiają ślady swojej ewolucji w strukturach gwiezdnych, podobnie jak organizmy na Ziemi pozostawiają ślady w skałach. Te galaktyczne „skamieniałości” to grupy starożytnych gwiazd, które zachowują historię formowania się i ewolucji galaktyk, w tym skład chemiczny struktury, w której się znajduje, w momencie formowania się.

Takie kosmiczne skamieniałości są szczególnie interesujące dla Robyn Sanderson, zastępcy głównego badacza RINGS na Uniwersytecie Pensylwanii w Filadelfii. Opisuje ona proces analizowania struktur gwiezdnych w galaktykach jako „przypominający przechodzenie przez wykopaliska i próbę posortowania kości i złożenia ich z powrotem”.

Wysoka rozdzielczość Romana pozwoli naukowcom wyłowić te galaktyczne skamieliny, wykorzystując struktury od długich ogonów pływowych na galaktycznych peryferiach po strumienie gwiazd wewnątrz galaktyki. Te wielkoskalowe obiekty, które Roman jest w stanie uchwycić, mogą dostarczyć wskazówek na temat historii łączenia się galaktyk.

RINGS umożliwi również dalsze badania jednej z najbardziej tajemniczych substancji we Wszechświecie – ciemnej materii, niewidocznej formy materii, która stanowi większość masy galaktyk. Szczególnie przydatną klasą obiektów do testowania teorii ciemnej materii są bardzo słabe galaktyki karłowate.

„Bardzo słabe galaktyki karłowate są tak zdominowane przez ciemną materię, że mają bardzo mało normalnej materii do formowania gwiazd. Przy tak niewielkiej ilości formujących się gwiazd, galaktyki karłowate mogą być postrzegane jako czyste plamy ciemnej materii” – tłumaczy Raja Guha-Thakurta z University of California, Santa Cruz.

Roman, dzięki dużemu polu widzenia i wysokiej rozdzielczości, będzie obserwował te bardzo słabe galaktyki, aby pomóc przetestować wiele teorii dotyczących ciemnej materii. Dzięki tym nowym danym astronomowie zbliżą się do odkrycia prawdy o tej nieobserwowalnej substancji, która znacznie przewyższa materię widzialną – ciemna materia stanowi około 80 proc. materii Wszechświata, podczas gdy normalna stanowi pozostałe 20 proc.

Bardzo słabe galaktyki nie są jedynym teoretycznym miejscem występowania ciemnej materii, może się ona znajdować również w tych obiektach o średniej wielkości. Struktury w halo gwiazd otaczających galaktykę często dostarczają wskazówek na temat ilości obecnej w niej ciemnej materii. Jednak ze względu na sam rozmiar halo galaktycznego (często jest ono 15-20 razy większe niż sama galaktyka), obecne teleskopy są bardzo nieefektywne w ich obserwacji.

Obecnie jedynymi w pełni rozdzielonymi halo galaktycznymi, na których naukowcy mogą polegać, są nasza własna Droga Mleczna i Andromeda, nasza sąsiednia galaktyka. Ben Williams, główny badacz RINGS z University of Washington w Seattle, opisuje, w jaki sposób moc Romana zmieni ten problem: „Mamy wiarygodne pomiary Drogi Mlecznej i Andromedy tylko dlatego, że są one na tyle blisko, że możemy uzyskać pomiary dużej liczby gwiazd rozmieszczonych w ich gwiezdnym halo. Dzięki Romanowi nagle uzyskamy 100 lub więcej w pełni rozdzielonych galaktyk”.

Oczekuje się, że gdy Roman zostanie uruchomiony do maja 2027 roku, zasadniczo zmieni sposób, w jaki naukowcy rozumieją galaktyki. Przy okazji rzuci nieco światła na naszą rodzimą galaktykę. Droga Mleczna jest łatwa do zbadania z bliska, ale nie mamy wystarczająco dużego kijka do selfie, aby zrobić zdjęcie całej naszej galaktyki i otaczającego ją halo. RINGS może pokazać, do czego zdolny jest Roman, jeśli takie badanie zostanie zatwierdzone. Badając pobliski wszechświat, misja RINGS może badać galaktyki o rozmiarach i wieku podobnym do Drogi Mlecznej i rzucić światło na to jak powstała Droga Mleczna.

Emil Gołoś