O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA está agora a apenas dois dias do lançamento, marcando a chegada da próxima grande missão astrofísica da agência depois do Telescópio Espacial James Webb. O corpo docente e os alunos da Universidade do Arizona assistirão do Cabo Canaveral enquanto Roman inicia sua jornada em direção às operações científicas, que está prevista para começar em janeiro de 2027.
Ao contrário do Webb, que foi projetado para estudar áreas relativamente pequenas do universo em profundidade extraordinária, Roman foi projetado para examinar rapidamente vastas áreas do céu. Ambos os observatórios podem detectar luz infravermelha, dando aos astrónomos a capacidade de comparar e combinar as suas observações. Usadas em conjunto, ambas as missões poderiam revelar muito mais sobre o universo do que qualquer um dos telescópios sozinho.
Espelho do tamanho do Hubble com visão mais ampla
Roman tem um espelho primário de 7,9 pés, o mesmo diâmetro do Telescópio Espacial Hubble, bem como dois instrumentos científicos importantes. Seu instrumento coronógrafo bloqueará e filtrará a luz proveniente das estrelas para que os astrônomos possam estudar os exoplanetas e os discos ao seu redor. Seu instrumento de campo amplo foi projetado para corresponder à sensibilidade das câmeras do Hubble enquanto captura imagens de uma área 100 vezes maior.
Ao longo de mais de 30 anos, o Hubble observou cerca de 0,1% do céu noturno. Em comparação, o ROMAN tem a capacidade de pesquisar todo o céu com uma única resolução.
Essa visão detalhada permitirá que Roman encontre objetos raros perto da Terra e a vastas distâncias cósmicas. Os cientistas esperam que ele capture estrelas moribundas, mundos recém-descobertos, aglomerados de galáxias e muitos outros alvos. Os pesquisadores da Universidade do Arizona contribuirão para diversas áreas importantes da ciência romana.
Investigação da matéria escura e energia escura
Um dos principais objetivos científicos de Roman é investigar a matéria escura e a energia escura, dois componentes misteriosos que constituem quase todo o universo. A matéria escura exerce gravidade, mas não emite luz, enquanto a energia escura está associada à rápida expansão do universo.
A NASA selecionou o Laboratório de Cosmologia do Arizona da U of A para apoiar dois esforços destinados a compreender melhor esses fenômenos, incluindo uma equipe científica de área ampla e uma equipe de infraestrutura de projeto.
Elizabeth Cross, professora de astronomia e física, lidera a equipe científica de área ampla “Lente Cinemática com o Telescópio Espacial Romano”. O grupo recebeu US$ 2 milhões para desenvolver uma técnica de medição cosmológica chamada lente cinemática.
Ao combinar as imagens romanas com medições espectroscópicas, os investigadores esperam estudar a matéria escura e a energia escura com maior precisão do que antes.
Outro grupo da U of A desempenhará um papel de liderança na equipe multi-institucional de infraestrutura do projeto “Maximum Cosmology Science with the Roman High Latitude Imaging Survey”. Tim Effler, professor de astronomia e física, lidera o grupo de trabalho responsável pela interpretação das observações cosmológicas de Roman.
Transformando pesquisas de galáxias em mapas do universo
O ROMAN identificará galáxias a uma ampla gama de distâncias, determinará onde estão localizadas e medirá as suas características. Os astrónomos utilizarão essas observações para criar catálogos maiores e depois aplicarão modelos físicos para determinar o que esses catálogos dizem sobre a estrutura e evolução do Universo.
Esses cálculos exigirão um poder computacional substancial. O Projeto Romano da NASA concedeu ao laboratório de Effler US$ 800 mil para recursos de computação que se tornarão parte de um novo sistema de computação de alto desempenho para toda a universidade, que será lançado neste outono. O laboratório também receberá US$ 2,4 milhões adicionais ao longo de cinco anos para o avanço da ciência.
“Esta estrutura básica nos levará do catálogo à explicação cosmológica”, disse Effler. “Seremos capazes de fazer coisas como determinar quanta energia escura e matéria escura existe no universo.”
Effler também atua como copresidente do Grupo de Cosmologia, que inclui mais de 1.000 cientistas de todo o mundo.
“É maravilhoso reunir a comunidade e nos organizar em torno desta ciência”, disse ele. “É realmente um trabalho dos sonhos.”
Visualização direta de planetas distantes
O instrumento coronográfico de Roman usará máscaras, prismas, detectores, filtros e espelhos autoflexíveis para demonstrar tecnologias capazes de suprimir a luz das estrelas. Ao reduzir o brilho extremo da estrela hospedeira, os astrónomos podem obter imagens diretas de planetas e discos próximos que, de outra forma, seriam extremamente difíceis de ver.
A imagem direta representa um importante passo em frente na ciência dos exoplanetas. Quase todos os exoplanetas conhecidos foram descobertos indiretamente, incluindo métodos que detectam a ligeira diminuição no brilho de uma estrela à medida que ela passa à sua frente.
Em vez disso, o coronógrafo de Roman ajudará os astrónomos a descobrir planetas, bloqueando o brilho das suas estrelas. Espera-se que o instrumento detecte planetas que são 100 milhões de vezes mais ténues do que as suas estrelas hospedeiras, um desempenho 100 a 1.000 vezes melhor do que os coronógrafos espaciais existentes.
“Este será um importante descobridor para um futuro observatório mundial habitável”, um telescópio recomendado que será projetado especificamente para procurar sinais de vida em outros sistemas solares, disse Schuyler Wolfe, professor associado de pesquisa em astronomia que lidera o grupo de trabalho de planejamento de observação para o instrumento coronógrafo.
Preparando as observações de exoplanetas de Roman
Mark Marley, diretor do Laboratório Lunar e Planetário, e Ivan S., professor associado de astronomia. Douglas, Ramya Anche, professor assistente de pesquisa do Steward Observatory, e Justin Home, pesquisador associado de pós-doutorado em astronomia, também ajudaram a desenvolver o instrumento coronógrafo. Eles participarão da ciência futura por meio do Grupo de Trabalho de Planejamento de Observação.
Marley, juntamente com o professor associado da LPL, Ty Robinson, e a associada de pesquisa de pós-doutorado da LPL, Zarah Brown, usarão dados de instrumentos coronógrafos para estudar as atmosferas de planetas além do nosso sistema solar.
Brown está modelando os climas e espectros de planetas gigantes autoluminosos. Estes mundos são frequentemente jovens e quentes o suficiente para emitirem a sua própria luz infravermelha térmica.
O modelo prevê a temperatura atmosférica, composição e nuvens, bem como o espectro infravermelho que cada objeto deve produzir. Estas previsões são especialmente importantes porque a maioria destes planetas nunca foi observada nestes comprimentos de onda.
“Esse espectro projetado é fundamental para o plano”, disse Brown. “O coronógrafo de Roman está trabalhando com alvos extremamente fracos e de alto contraste, então a equipe deve agendar tempo de observação suficiente para detectar um candidato sem perder mais tempo limitado da missão do que o necessário.”
A equipa de Ancht está a investigar a composição dos sistemas extrasolares, enquanto Home lidera esforços para identificar as melhores estrelas para calibrar o instrumento coronógrafo. Home também lidera programas de observação precursores com telescópios terrestres, trabalho que é essencial para confirmar quais alvos devem ser selecionados para futuros programas científicos romanos.
Ciência Romana começa em janeiro de 2027
Assim que Roman iniciar as operações científicas em janeiro, seus dados serão disponibilizados aos pesquisadores da comunidade científica.
A U of A liderará nove investigações aprovadas pela NASA usando os dados romanos, arrecadando mais de US$ 2 milhões em financiamento. Os pesquisadores usarão essas observações para investigar tópicos adicionais, incluindo buracos negros supermassivos, lentes gravitacionais, formação de galáxias, reionização e poeira cósmica.
