令人难以置信的新“宇宙眼镜”加深了美国宇航局罗马太空望远镜的视野

美国国家航空航天局南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜

星空背景下罗马飞船的高分辨率图片。来源:美国国家航空航天局

美国国家航空航天局得益于一种新的近红外滤光片,美国宇航局的南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜将能够探索更多的宇宙问题。这次升级将使该天文台能够看到更长的波长的光,为从太阳系边缘到太空最远处的发现提供了令人兴奋的新机会。

“在所有主要部件都通过了关键的设计审查之后,我们能对任务做出如此重大的改变,这是不可思议的,”Julie McEnery说,她是美国宇航局戈达德太空飞行中心的高级项目科学家,位于马里兰州格林贝尔特。“使用新的滤光片,我们将能够看到望远镜能够看到的全部红外范围,所以我们正在最大限度地发挥罗曼的科学能力。”

有了新的滤光器,罗曼的可见光和红外光的波长覆盖范围将达到0.5到2.3微米,比最初的设计增加了20%。这一范围还将使美国宇航局能够与其他大型天文台进行更多的合作,每个大型天文台都有自己观察宇宙的方式。的哈勃太空望远镜可以看到0.2到1.7微米,这使得它可以在紫外线到近红外光中观察宇宙。的詹姆斯·韦伯太空望远镜该探测器将于今年10月发射,其可见光范围从0.6微米到28微米,使其能够看到近红外、中红外和少量可见光。罗曼改进的波长范围,以及更大的视野,将为哈勃和韦伯提供更多有趣的目标,以便进行后续的详细观测。


观看这段视频,了解更多关于南希格蕾丝罗曼太空望远镜的新近红外滤光片和它将提供的好处。来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心

将Roman的能力扩展到包括大部分近红外K波段(从2.0微米扩展到2.4微米),将帮助我们在太空中观察更远的地方,探测更深入的尘埃区域,并观察更多类型的物体。罗曼全面的宇宙调查将揭示无数的天体和现象,否则很难或不可能发现。

“波长范围看似很小的变化却有巨大的影响,”加州帕萨迪纳的加州理工学院IPAC主任乔治·赫鲁(George Helou)说,他也是这项修改的倡导者之一。“由于空间对红外天文学的优势,罗曼将会看到比最好的地面k波段观测要微弱100倍的东西。我们不可能用这个过滤器来预测Roman将帮助解决的所有谜题。”

我们宇宙后院的宝藏

而任务是优化的探索暗能量系外行星-太阳系以外的行星-它巨大的视野也将捕捉到其他宇宙奇观的宝库。

罗曼在探测我们太阳系外围的无数小而暗的天体方面非常出色海王星的轨道。利用改进后的视力,该任务现在将能够在这些尸体上寻找水冰。

这个区域被称为柯伊伯带,包含了太阳系形成时遗留下来的由冰体组成的原始盘的残余物。许多宇宙化石自数十亿年前形成以来基本上没有变化。对它们的研究为我们了解太阳系早期提供了一扇窗。

柯伊伯带的大部分原始居民已经不在那里了。许多人在太阳系形成时被扔进了星际空间。还有一些最终被送入太阳系内部,成为彗星。它们的新路径偶尔会穿过地球轨道。

科学家们认为,古代彗星的撞击至少给地球带来了一些水,但他们不确定有多少。对太阳系外物体上的水冰进行普查可能会提供有价值的线索。

扬起尘雾

虽然这有点违反直觉,我们的银河系星系可能是最难研究的星系之一。当我们透过银河系的平面观察时,许多物体都被漂浮在恒星之间的尘埃和气体云所遮蔽。

灰尘会散射并吸收可见光,因为这些粒子和可见光的波长一样大,甚至更大。由于红外光的传播波长较长,它可以更容易地穿过尘埃云。

通过红外光观察空间,天文学家可以穿透朦胧的区域,揭示他们在其他情况下无法看到的东西。有了罗曼的新过滤器,该天文台现在可以透过比最初设计厚度多三倍的尘埃云观测,这将有助于我们研究银河系的结构。

该任务将发现位于银河系中心中心内外的恒星,该中心中心密集地布满了恒星和碎片。通过估计这些恒星的距离,科学家们将能够拼凑出我们所在星系的一张更好的照片。

罗曼的扩展视野也将帮助我们了解更多棕矮星——质量不够大,无法在其核心发生核聚变的物体,比如恒星。该任务将在银河系中心附近发现这些“失败的恒星”,那里像超新星这样的灾难性事件更经常发生。

天文学家认为,这个位置可能会影响恒星和行星的形成方式,因为爆炸的恒星在死亡时给周围的环境播下了新元素。使用新的过滤器,该任务将能够通过探测棕矮星的组成来确定它们的特征。这可以帮助我们识别靠近星系中心和在旋臂外的物体之间的区别。

凝视着广阔的空间

如果我们想要观察太空中最遥远的物体,我们需要一台红外望远镜。当光穿过膨胀的宇宙时,它延伸成更长的波长。它在到达我们之前传播的时间越长,它的波长就越长。紫外光延伸到可见光波长,然后可见光延伸到红外线。

通过将罗曼的视野延伸到更远的红外区域,该任务将能够看到宇宙不到3亿年的时候,也就是目前138亿年年龄的2%。探索太空中如此遥远的区域可以帮助我们了解恒星和星系是何时开始形成的。

星系的起源仍然是一个谜,因为最初形成的物体非常微弱,在天空中稀疏分布。罗曼的新滤镜,加上望远镜宽广的视野和灵敏的相机,可以帮助我们找到足够多的第一代星系,从而了解整个星系群。这样,天文学家就可以为詹姆斯·韦伯太空望远镜等任务选择主要目标,以便放大更详细的后续观测。

新的过滤器还可以提供另一种方法来确定哈勃常数,这个数字描述了宇宙膨胀的速度。它最近引发了天文学家们的争论因为不同的结果产生了不同的测量方法。

天文学家经常使用一种被称为造父变星的恒星类型来帮助确定膨胀率。这些恒星周期性地变亮变暗,在20世纪初,美国天文学家Henrietta Leavitt注意到造父变星的光度(即其平均固有亮度)与周期长度之间的关系。

当天文学家在遥远的星系中探测到造父变星时,他们可以通过比较恒星的实际内在亮度和从地球上看它们的表观亮度来确定精确的距离。然后天文学家就可以通过观察不同距离的星系移动的速度来测量宇宙膨胀的速度。

另一种类型的恒星被称为天琴座变星,它们的实际亮度和它变亮、变暗、再变亮的时间之间有着类似的关系。它们比造父变星要暗,而且它们的周期-光度关系在大多数波长的光中都不容易确定,但罗曼可以使用它的新滤光器来研究它们。在红外线下观察天琴座和造父变星以确定与其他星系的距离,可能有助于澄清最近我们在测量宇宙膨胀率时发现的差异。

“将罗曼的视野进一步提高到红外线范围内,为天文学家探索宇宙提供了一种强大的新工具,”McEnery说。“使用这个新的过滤器,我们将在广阔的区域进行发现,从遥远的星系一直到我们的邻居。”

南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜由位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心管理,参与该项目的还有美国宇航局的喷气推进实验室、南加州的加州理工学院/IPAC、巴尔的摩的太空望远镜科学研究所,以及一个由来自不同研究机构的科学家组成的科学团队。主要的工业合作伙伴是科罗拉多州博尔德的Ball Aerospace and Technologies Corporation、佛罗里达州墨尔本的L3Harris Technologies和加利福尼亚州千橡树的Teledyne Scientific & Imaging。

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