Das römische Weltraumteleskop Nancy Grace der NASA wird einen der tiefsten Einblicke aller Zeiten in das Herz unserer Milchstraße ermöglichen. Die Mission wird Hunderte Millionen Sterne auf der Suche nach verräterischem Flackern überwachen, das die Anwesenheit von Planeten, fernen Sternen, kleinen eisigen Objekten, die die Ränder unseres Sonnensystems heimsuchen, isolierten Schwarzen Löchern und vielem mehr verrät. Roman wird wahrscheinlich einen neuen Rekord für den am weitesten bekannten Exoplaneten aufstellen und einen Einblick in eine andere galaktische Nachbarschaft bieten, die die Heimat von Welten sein könnte, die sich von den mehr als 5.500, die derzeit bekannt sind, ganz unterscheiden.
Romans langfristige Himmelsüberwachung, die diese Ergebnisse ermöglichen wird, stellt einen Segen für das dar, was Wissenschaftler Zeitbereichsastronomie nennen, die untersucht, wie sich das Universum im Laufe der Zeit verändert. Roman wird sich einer wachsenden, internationalen Flotte von Observatorien anschließen, die zusammenarbeiten, um diese Veränderungen zu erfassen, während sie sich entfalten. Romans Galactic Bulge Time-Domain Survey wird sich auf die Milchstraße konzentrieren und die Infrarotsicht des Teleskops nutzen, um durch Staubwolken zu sehen, die uns die Sicht auf die überfüllte Zentralregion unserer Galaxie versperren können.
„Roman wird eine unglaubliche Entdeckungsmaschine sein, die eine weite Sicht auf den Weltraum mit einer scharfen Sicht verbindet“, sagte Julie McEnery, die leitende Projektwissenschaftlerin von Roman am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Seine Zeitbereichsuntersuchungen werden einen Schatz an neuen Informationen über den Kosmos hervorbringen.“
Sehen Sie sich dieses Video an, um mehr über die Zeitbereichsastronomie zu erfahren und darüber, wie die Zeit ein Schlüsselelement bei der galaktischen Bulge-Durchmusterung des Nancy Grace Roman Space Telescope sein wird. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA
Wenn Roman startet, voraussichtlich im Mai 2027, wird die Mission das Zentrum der Milchstraße nach Mikrolinsenereignissen absuchen, die auftreten, wenn ein Objekt wie ein Stern oder ein Planet aus unserer Sicht nahezu perfekt mit einem nicht verwandten Hintergrundstern ausgerichtet ist. Da alles, was Masse hat, das Gefüge der Raumzeit verzerrt, krümmt sich das Licht des entfernten Sterns um das nähere Objekt herum, wenn es in der Nähe vorbeizieht. Das nähere Objekt fungiert daher als natürliches Vergrößerungsglas und erzeugt einen vorübergehenden Helligkeitsanstieg im Licht des Hintergrundsterns. Dieses Signal lässt Astronomen wissen, dass ein dazwischenliegendes Objekt vorhanden ist, auch wenn sie es nicht direkt sehen können.
Nach derzeitiger Planung sieht die Befragung vor, dass etwa zwei Monate lang alle 15 Minuten rund um die Uhr ein Bild aufgenommen wird. Astronomen werden den Vorgang während Romans fünfjähriger Hauptmission sechs Mal wiederholen, was insgesamt mehr als ein Jahr an Beobachtungen ergibt.
„Dies wird eine der längsten Aufnahmen des Himmels sein, die jemals gemacht wurden“, sagte Scott Gaudi, ein Astronomieprofessor an der Ohio State University in Columbus, dessen Forschung dazu beiträgt, Romans Vermessungsstrategie zu beeinflussen. „Und es wird Gebiete abdecken, die in Bezug auf Planeten weitgehend unerforscht sind.“
Astronomen gehen davon aus, dass die Untersuchung mehr als tausend Planeten aufdecken wird, die weit von ihren Wirtssternen entfernt kreisen und sich in Systemen befinden, die weiter von der Erde entfernt sind, als jede frühere Mission entdeckt hat. Dazu gehören einige, die innerhalb der bewohnbaren Zone ihres Muttersterns liegen könnten – dem Bereich der Umlaufbahnentfernungen, in denen flüssiges Wasser auf der Oberfläche existieren kann – und Welten, die nur ein paar Mal so viel wiegen wie die Masse des Mondes.
Roman kann mithilfe von Mikrolinsen sogar „Schurkenwelten“ entdecken, die überhaupt keinen Stern umkreisen. Diese kosmischen Schiffbrüchigen könnten sich isoliert gebildet haben oder aus ihren Heimatplanetensystemen vertrieben worden sein. Ihre Untersuchung liefert Hinweise darauf, wie Planetensysteme entstehen und sich entwickeln.
Romans Mikrolinsen-Beobachtungen werden Astronomen auch dabei helfen, herauszufinden, wie häufig Planeten in der Nähe verschiedener Sterntypen, einschließlich Doppelsternsystemen, vorkommen. Die Mission wird abschätzen, wie viele Welten mit zwei Wirtssternen in unserer Galaxie zu finden sind, indem sie echte „Tatooine“-Planeten identifiziert und dabei auf Arbeiten aufbaut, die mit dem Kepler-Weltraumteleskop der NASA und TESS (dem Transiting Exoplanet Survey Satellite) begonnen wurden.
Einige der Objekte, die die Untersuchung identifizieren wird, befinden sich in einer kosmischen Grauzone. Sie sind als Braune Zwerge bekannt und zu massereich, um als Planeten bezeichnet zu werden, aber nicht massereich genug, um als Sterne zu zünden. Ihre Untersuchung wird es Astronomen ermöglichen, die Grenze zwischen Planeten- und Sternentstehung zu erkunden.
Roman wird voraussichtlich auch mehr als tausend Neutronensterne und Hunderte von Schwarzen Löchern mit Sternmasse entdecken. Diese Schwergewichte entstehen, nachdem ein massereicher Stern seinen Treibstoff erschöpft hat und zusammenbricht. Die Schwarzen Löcher sind kaum zu finden, wenn sie keinen sichtbaren Begleiter haben, der ihre Anwesenheit signalisiert, aber Roman wird sie auch ohne Begleitung entdecken können, da Mikrolinsen nur auf der Schwerkraft eines Objekts beruhen. Die Mission wird auch isolierte Neutronensterne finden – die übriggebliebenen Kerne von Sternen, die nicht massereich genug waren, um zu Schwarzen Löchern zu werden.
Astronomen werden Roman verwenden, um Tausende von Kuipergürtelobjekten zu finden, bei denen es sich um eisige Körper handelt, die größtenteils jenseits von Neptun verstreut sind. Das Teleskop erkennt einige mit einem Durchmesser von bis zu sechs Meilen (ungefähr 1 Prozent von Plutos Durchmesser), manchmal, indem es sie direkt im reflektierten Sonnenlicht sieht, und andere, weil sie das Licht von Hintergrundsternen blockieren.
Diese Animation vergleicht Signale von zwei Planetenerkennungsmethoden: Mikrolinsen (oben) und Transit (unten) für Planeten mit hoher und niedriger Masse. Mikrolinsen erzeugen Spitzen in der Helligkeit eines Sterns, während Transite den gegenteiligen Effekt haben. Da bei beiden Methoden die Lichtmenge, die wir von Sternen empfangen, im Laufe der Zeit verfolgt wird, können Astronomen für beide Methoden denselben Datensatz verwenden. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center/CI Lab der NASA
Ein ähnliches Schattenspiel wird 100.000 Transitplaneten zwischen der Erde und dem Zentrum der Galaxie offenbaren. Diese Welten kreuzen sich auf ihrer Umlaufbahn vor ihrem Mutterstern und schwächen vorübergehend das Licht ab, das wir vom Stern empfangen. Diese Methode wird Planeten aufdecken, die viel näher an ihren Wirtssternen kreisen, als es die Mikrolinse erkennen lässt, und wahrscheinlich auch einige, die in der bewohnbaren Zone liegen.
Wissenschaftler werden außerdem Sternseismologiestudien an einer Million Riesensternen durchführen. Dabei werden Helligkeitsänderungen analysiert, die durch Schallwellen verursacht werden, die durch das gasförmige Innere eines Sterns widerhallen, um mehr über seine Struktur, sein Alter und andere Eigenschaften zu erfahren.
Alle diese wissenschaftlichen Entdeckungen und noch mehr werden aus Romans Galactic Bulge Time-Domain Survey stammen, der weniger als ein Viertel der Beobachtungszeit in Romans fünfjähriger Hauptmission ausmachen wird. Sein umfassender Blick auf den Weltraum wird es Astronomen ermöglichen, viele dieser Studien auf noch nie dagewesene Weise durchzuführen und uns einen neuen Blick auf ein sich ständig veränderndes Universum zu ermöglichen.