Wanneer het medio 2020 wordt gelanceerd, NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope zal enorme panoramische foto's van de ruimte maken met ongekend detail. Het brede gezichtsveld van de missie stelt wetenschappers in staat om ingrijpende kosmische onderzoeken uit te voeren, een schat aan nieuwe informatie over het heelal opleveren.

Het grondsysteem van de Romeinse missie, die gegevens van het ruimtevaartuig beschikbaar zal stellen aan wetenschappers en het publiek, heeft zojuist de beoordeling van het voorlopige ontwerp met succes afgerond. Het plan voor wetenschappelijke operaties heeft voldaan aan alle ontwerpen, schema, en budgetvereisten, en gaat nu over naar de volgende fase:het bouwen van het nieuw ontworpen datasysteem.

"Dit is een spannende mijlpaal voor de missie, " zei Ken Carpenter, de Romeinse grondsysteemprojectwetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "We liggen op schema om het datasysteem op tijd voor lancering te voltooien, en we kijken uit naar de baanbrekende wetenschap die het mogelijk zal maken."

Roman zal dezelfde resolutie hebben als de Hubble-ruimtetelescoop, maar een gezichtsveld vastleggen dat bijna 100 keer groter is. Wetenschappers verwachten dat het ruimtevaartuig meer gegevens zal verzamelen dan alle andere astrofysica-missies van NASA.

Met behulp van Hubble's observaties, astronomen hebben onze kijk op het universum radicaal veranderd en een stortvloed aan ontdekkingen ontketend. Hubble heeft sinds de lancering in 1990 172 terabyte aan gegevens verzameld. Als al deze gegevens als tekst zouden worden afgedrukt en de pagina's op elkaar zouden worden geplaatst, de stapel zou ongeveer 5 bereiken, 000 mijl (8, 000 kilometer) hoog. Dat is ver genoeg om ongeveer 15 keer hoger te komen dan de baan van Hubble, of ongeveer 2% van de afstand tot de maan.

Roman verzamelt gegevens ongeveer 500 keer sneller dan Hubble, optellen tot 20, 000 terabytes (20 petabytes) in de loop van zijn vijfjarige primaire missie. Als deze gegevens zijn afgedrukt, de stapel papieren zou na een enkele dag 330 mijl (530 kilometer) hoog zijn. Tegen het einde van de primaire missie van Roman, de stapel zou tot ver buiten de maan reiken. Onnoemelijke kosmische schatten zullen aan het licht komen door de rijke observaties van Roman.

Zo'n enorme hoeveelheid informatie vereist dat NASA vertrouwt op nieuwe verwerkings- en archiveringstechnieken. Wetenschappers zullen de gegevens van Roman openen en analyseren met behulp van cloudgebaseerde externe services en geavanceerdere tools dan die van eerdere missies.

Alle gegevens van Roman zullen binnen enkele dagen na de waarnemingen openbaar beschikbaar zijn - een primeur voor een vlaggenschipmissie van NASA. Dit is belangrijk omdat de kolossale afbeeldingen van Roman vaak veel meer zullen bevatten dan het primaire doel van observatie.

Aangezien wetenschappers overal snel toegang zullen hebben tot de gegevens, ze zullen snel kortstondige verschijnselen kunnen ontdekken, zoals supernova-explosies. Door deze verschijnselen snel te detecteren, kunnen andere telescopen vervolgwaarnemingen doen.

Planeten lokaliseren

Een van de wetenschappelijke gebieden die zullen profiteren van de enorme gegevens van de missie, is het microlensonderzoek. Zwaartekrachtlensvorming is een waarnemingseffect dat optreedt omdat de aanwezigheid van massa het weefsel van ruimte-tijd vervormt. Het effect is extreem rond zeer massieve objecten, zoals zwarte gaten en hele sterrenstelsels. Maar zelfs relatief kleine objecten zoals sterren en planeten veroorzaken een waarneembare mate van kromtrekken, microlens genoemd.

Elke keer dat twee sterren vanuit ons gezichtspunt nauw op één lijn liggen, licht van de verder weg gelegen ster buigt terwijl het door de vervormde ruimtetijd rond de dichterbij gelegen ster reist. De dichtstbijzijnde ster werkt als een natuurlijke kosmische lens, het focussen en intensiveren van het licht van de achtergrondster.

Wetenschappers zien dit als een piek in helderheid. Planeten die rond de voorgrondster draaien, kunnen ook het lenslicht wijzigen, fungeren als hun eigen kleine lenzen. Deze kleine handtekeningen bepalen het ontwerp van het microlensonderzoek van Roman.

"Met zo'n groot aantal sterren en frequente waarnemingen, Roman's microlensonderzoek zal duizenden planetaire gebeurtenissen zien, " zei Rachel Akeson, taakleider voor het Roman Science Support Centre bij IPAC/Caltech in Pasadena, Californië. "Elk exemplaar zal een unieke handtekening hebben die we kunnen gebruiken om de massa van de planeet en de afstand tot zijn ster te bepalen."

Het microlensonderzoek van Roman zal ook honderden andere bizarre en interessante kosmische objecten detecteren. Roman zal sterloze planeten ontdekken die door de melkweg zwerven als schurkenwerelden; bruine dwergen, die te massief zijn om als planeten te worden gekarakteriseerd, maar niet massief genoeg om als sterren te ontbranden; en stellaire lijken, inclusief neutronensterren en zwarte gaten, die achterblijven als sterren hun brandstof opgebruiken.

Microlensing-gebeurtenissen zijn uiterst zeldzaam en vereisen uitgebreide observaties. Roman zal maandenlang elke 15 minuten honderden miljoenen sterren in de gaten houden - iets wat geen enkele andere ruimtetelescoop kan doen. het genereren van een ongekende stroom van nieuwe informatie.

Kijken verder dan onze melkweg

Terwijl het microlensonderzoek naar het hart van onze melkweg zal kijken, waar sterren het dichtst zijn geconcentreerd, Het kosmologische onderzoek van Roman zal tot ver buiten onze sterren kijken om honderden miljoenen andere sterrenstelsels te bestuderen. Deze waarnemingen zullen twee van de grootste kosmische puzzels helpen verlichten:donkere materie en donkere energie.

Zichtbare materie vormt slechts ongeveer vijf procent van de inhoud van het heelal. Bijna 27 procent van het heelal komt in de vorm van donkere materie, die geen licht uitstraalt of absorbeert. Donkere materie is alleen detecteerbaar door zijn zwaartekrachtseffecten op zichtbare materie.

Roman zal ons helpen erachter te komen waaruit donkere materie bestaat door de structuur en verdeling van gewone materie en donkere materie in ruimte en tijd te onderzoeken. Dit onderzoek kan alleen effectief worden gedaan met behulp van nauwkeurige metingen van veel sterrenstelsels.

De overige ongeveer 68 procent van het heelal bestaat uit donkere energie. Deze mysterieuze kosmische druk zorgt ervoor dat de uitdijing van het universum versnelt, maar tot nu toe weten we er niet veel meer van.

Roman zal donkere energie bestuderen door middel van meerdere observatiestrategieën, inclusief onderzoeken van clusters van sterrenstelsels en supernova's. Wetenschappers zullen een 3D-kaart van het universum maken om ons te helpen begrijpen hoe het universum in de loop van de tijd groeide onder invloed van donkere energie.

Omdat Roman zo'n groot gezichtsveld heeft, het zal de hoeveelheid tijd die nodig is om gegevens te verzamelen drastisch verminderen. De Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Survey (CANDELS) is een van de grootste projecten ooit gedaan met Hubble, ontworpen om de ontwikkeling van sterrenstelsels in de tijd te bestuderen. Hoewel het bijna 21 dagen duurde voor Hubble, Roman zou een soortgelijk onderzoek in minder dan een half uur voltooien-1 000 keer sneller dan Hubble. Romeins gebruiken, wetenschappers zullen deze waarnemingen kunnen uitbreiden op manieren die met andere telescopen onpraktisch zouden zijn.

"Met zijn ongelooflijk hoge onderzoekssnelheden, Roman zal bij duizenden planeten observeren, melkwegstelsels met miljoenen, en sterren met miljarden, " zei Karoline Gilbert, missiewetenschapper voor het Roman Science Operations Center van het Space Telescope Science Institute in Baltimore. "Deze enorme datasets zullen ons in staat stellen om kosmische mysteries aan te pakken die wijzen op nieuwe fundamentele fysica."