De Romeinse telescoop van NASA gebruikt zeldzame gebeurtenissen om de uitdijingssnelheid van het universum te berekenen

Astronomen die een van de meest fascinerende mysteries van het universum bestuderen – de snelheid waarmee het universum uitdijt – bereiden zich voor om dat mysterie op een nieuwe manier te bestuderen met behulp van NASA’s Nancy Grace Roman Space Telescope. Eenmaal gelanceerd in mei 2027 zullen astronomen enorme delen van de opnamen van Roman doorzoeken op zoek naar supernova's met zwaartekrachtlenzen, die kunnen worden gebruikt om de uitdijingssnelheid van het universum te meten.

Er zijn verschillende onafhankelijke manieren waarop astronomen de huidige uitdijingssnelheid van het universum kunnen meten, bekend als de Hubble-constante. Verschillende technieken hebben verschillende waarden opgeleverd, de zogenaamde Hubble-tensor.

Een groot deel van het kosmologische onderzoek van Roman zal zich richten op de ongrijpbare donkere energie, die van invloed is op de manier waarop het universum zich in de loop van de tijd uitbreidt. Een van de belangrijkste instrumenten voor dit onderzoek is de tamelijk traditionele methode, waarbij de intrinsieke helderheid van objecten zoals Type Ia-supernovae wordt vergeleken met hun waargenomen helderheid om afstanden te bepalen.

Als alternatief kunnen astronomen Roman gebruiken om supernova's met zwaartekrachtlenzen te onderzoeken. Deze methode om de Hubble-constante te onderzoeken is uniek ten opzichte van traditionele methoden, omdat deze gebaseerd is op geometrische methoden in plaats van op helderheid.

“Roman is het perfecte instrument om te beginnen met het bestuderen van supernova's met zwaartekrachtlenzen”, zegt Lou Stolger van het Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, medeleider van het team dat Roman's studie van deze objecten voorbereidt. “Ze zijn zeldzaam en erg moeilijk te vinden. We hadden het geluk er een paar vroeg genoeg te spotten. Roman's brede gezichtsveld en herhaalde beeldvorming met hoge resolutie zullen helpen deze kansen te realiseren.”

Met behulp van verschillende observatoria zoals de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en de James Webb-ruimtetelescoop hebben astronomen acht supernova's met zwaartekrachtlenzen in het universum ontdekt. Slechts twee van deze acht waren echter geldige kandidaten voor het meten van de Hubble-constante vanwege het type supernova en de vertraagde duur van hun beeldvorming.

Zwaartekrachtlensvorming vindt plaats wanneer licht van een object, zoals een sterexplosie, op weg naar de aarde door een sterrenstelsel of een groep sterrenstelsels gaat en wordt afgebogen door een enorm zwaartekrachtveld. Het licht splitst zich langs verschillende paden en vormt meerdere beelden van de supernova aan de hemel zoals wij die zien.

Afhankelijk van de verschillen tussen de paden verschijnen beelden van de supernova uren, maanden of zelfs jaren achterop. Het nauwkeurig meten van dit verschil in aankomsttijden tussen meerdere afbeeldingen resulteert in een reeks afstanden die de Hubble-constante beperken.

“Het onderzoeken van deze afstanden op een radicaal andere manier dan de meest gebruikelijke methoden, waarbij in dit geval hetzelfde observatorium wordt gebruikt, kan helpen licht te werpen op waarom verschillende meettechnieken verschillende resultaten opleveren”, aldus Justin Bierl van STScI, medeleider van het programma van de Strolger. programma. .

Vind de speld in de hooiberg

De enorme onderzoeken van Roman zullen het universum veel sneller in kaart kunnen brengen dan Hubble, aangezien de telescoop in één beeld meer dan 100 keer het gebied van Hubble ‘ziet’.

“In plaats van meerdere afbeeldingen van bomen te verzamelen, zal deze nieuwe telescoop ons in staat stellen het hele bos in één keer te zien”, legt Birrell uit.

In het bijzonder zal het tijddomeinonderzoek op hoge breedtegraden herhaaldelijk hetzelfde deel van de hemel waarnemen, waardoor astronomen doelen kunnen bestuderen die in de loop van de tijd veranderen. Dit betekent dat er een buitengewone hoeveelheid gegevens zal zijn – meer dan 5 miljard pixels tegelijk – die moeten worden doorzocht om deze zeer zeldzame gebeurtenissen te vinden.

“Omdat deze zeldzaam zijn, hangt het benutten van het volledige potentieel van supernova’s met zwaartekrachtlenzen af ​​van een hoog voorbereidingsniveau”, aldus Birrell. “We willen alle tools hebben die nodig zijn om deze supernova's van tevoren te vinden, zodat we geen tijd verspillen met het doorzoeken van terabytes aan gegevens wanneer ze aankomen.”

Het project zal worden uitgevoerd door een team van onderzoekers van verschillende NASA-centra en universiteiten in het hele land.

De voorbereiding zal in verschillende fasen plaatsvinden. Het team zal datareductiepijplijnen creëren die zijn ontworpen om automatisch supernova's met zwaartekrachtlenzen te detecteren in Romeinse beeldvorming. Om deze buizen te trainen, zullen de onderzoekers ook gesimuleerde beeldvorming creëren: er zijn 50.000 gesimuleerde lenzen nodig, en er zijn momenteel slechts 10.000 echte lenzen bekend.

De datareductiepijplijnen die door het Stolger- en Birrell-team zijn gecreëerd, zullen een aanvulling vormen op pijpleidingen die zijn gemaakt om donkere energie met Type Ia-supernovae te bestuderen.

“Roman is echt de eerste mogelijkheid om een ​​recordmonster van supernova’s met zwaartekrachtlenzen te creëren”, concludeerde Stolger. “Al onze voorbereidingen zullen nu alle componenten opleveren die nodig zijn om ervoor te zorgen dat we effectief gebruik kunnen maken van het enorme potentieel van de kosmologie.”