Wanneer NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope halverwege de jaren 2020 wordt gelanceerd, het zal een revolutie teweegbrengen in de astronomie door een panoramisch gezichtsveld te bieden dat minstens 100 keer groter is dan dat van Hubble bij vergelijkbare beeldscherpte, of resolutie. De Roman Space Telescope zal de hemel tot duizenden keren sneller onderzoeken dan mogelijk is met Hubble. Deze combinatie van breed veld, hoge resolutie, en een efficiënte onderzoeksaanpak belooft nieuwe inzichten op veel gebieden, vooral in hoe sterrenstelsels zich vormen en evolueren in de kosmische tijd. Hoe zijn de grootste structuren in het universum in elkaar gezet? Hoe is ons Melkwegstelsel in zijn huidige vorm ontstaan? Dit zijn enkele van de vragen die Roman zal helpen beantwoorden.

Sterrenstelsels zijn conglomeraten van sterren, gas, stof, en donkere materie. De grootste kan honderdduizenden lichtjaren omspannen. Velen verzamelen zich in clusters met honderden sterrenstelsels, terwijl anderen relatief geïsoleerd zijn.

Hoe sterrenstelsels in de loop van de tijd veranderen, hangt van veel factoren af:hun geschiedenis van stervorming, hoe snel ze in de loop van de tijd sterren vormden, en hoe elke generatie sterren de volgende beïnvloedde door supernova-explosies en stellaire winden. Om deze details te plagen, astronomen moeten grote aantallen sterrenstelsels bestuderen.

"Romeins geeft ons de mogelijkheid om zwakke objecten te zien en sterrenstelsels te bekijken over lange intervallen van kosmische tijd. Dat zal ons in staat stellen te bestuderen hoe sterrenstelsels zich verzamelden en transformeerden, " zei Swara Ravindranath, een astronoom bij het Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland.

Hoewel breedveldbeeldvorming belangrijk zal zijn voor onderzoek naar sterrenstelsels, net zo belangrijk zijn de spectroscopische mogelijkheden van Roman. Een spectrograaf neemt licht van een object en verspreidt het in een regenboog van kleuren die bekend staat als een spectrum. Uit dit kleurenpalet, astronomen kunnen veel details verzamelen die anders niet beschikbaar waren, zoals de afstand of compositie van een object. Roman's vermogen om een ​​spectrum van elk object binnen het gezichtsveld te bieden, gecombineerd met Romeinse beeldvorming, zal astronomen in staat stellen meer over het heelal te leren dan alleen door beeldvorming of spectroscopie.

Onthulling wanneer en waar sterren werden geboren

Sterrenstelsels vormen geen sterren met een constante snelheid. Ze versnellen en vertragen - en vormen meer of minder sterren - onder invloed van verschillende factoren, van botsingen en fusies tot supernova-schokgolven en winden op melkwegschaal, aangedreven door superzware zwarte gaten.

Door het spectrum van een sterrenstelsel in detail te bestuderen, astronomen kunnen de geschiedenis van stervorming verkennen. "Met behulp van Roman kunnen we inschatten hoe snel sterrenstelsels sterren maken en de meest productieve sterrenstelsels vinden die met een enorme snelheid sterren produceren. Wat nog belangrijker is, we kunnen niet alleen ontdekken wat er in een melkwegstelsel gebeurt op het moment dat we het waarnemen, maar wat zijn geschiedenis is geweest, " verklaarde Lee Armus, een astronoom bij IPAC/Caltech in Pasadena, Californië.

Sommige vroegrijpe sterrenstelsels brachten korte tijd heel snel sterren voort, alleen om verrassend vroeg in de geschiedenis van het universum te stoppen met het vormen van sterren, ondergaat een snelle overgang van levendig naar "dood".

"We weten dat sterrenstelsels stervorming afsluiten, maar we weten niet waarom. Met Roman's brede gezichtsveld, hebben we een grotere kans om deze sterrenstelsels op heterdaad te betrappen, " zei Kate Whitaker, een astronoom aan de Universiteit van Massachusetts in Amherst.

Het kosmische web laten groeien

Zelfs als sterrenstelsels zelf in de loop van de tijd zijn gegroeid, ze hebben zich ook in groepen verzameld om ingewikkelde structuren te vormen met een diameter van miljarden lichtjaren. Sterrenstelsels hebben de neiging zich te verzamelen in bellen, lakens, en filamenten, het creëren van een enorm kosmisch web. Door beeldvorming met hoge resolutie te combineren, die de positie van een melkwegstelsel aan de hemel oplevert, met spectroscopie, die afstand geeft, astronomen kunnen dit web in drie dimensies in kaart brengen en meer te weten komen over de grootschalige structuur van het universum.

De uitdijing van het heelal rekt het licht van verre sterrenstelsels naar langere, rodere golflengten - een fenomeen dat roodverschuiving wordt genoemd. Hoe verder een sterrenstelsel is, hoe groter de roodverschuiving. De infrarooddetectoren van Roman zijn ideaal voor het opvangen van licht van die sterrenstelsels. Verder weg gelegen sterrenstelsels zijn ook zwakker en moeilijker te zien. In combinatie met het feit dat sommige typen sterrenstelsels zeldzaam zijn, je moet een groter deel van de lucht doorzoeken met een gevoeliger observatorium om de objecten te vinden die vaak de meest interessante verhalen te vertellen hebben.

"Direct, met telescopen zoals Hubble kunnen we tientallen sterrenstelsels met een hoge roodverschuiving bemonsteren. Met Romeins, we zullen duizenden kunnen proeven, " legde Russell Ryan uit, een astronoom bij STScI.

Op zoek naar het onbekende

Hoewel astronomen kunnen anticiperen op veel van de ontdekkingen van de Romeinse ruimtetelescoop, misschien wel het meest opwindende is de mogelijkheid om dingen te vinden die niemand had kunnen voorspellen. Typische waarnemingen met hoge resolutie van ruimteobservatoria zoals Hubble, richten op specifieke objecten voor gedetailleerd onderzoek. Roman's onderzoeksbenadering zal een breed net uitwerpen, waardoor een nieuwe 'ontdekkingsruimte' wordt geopend.

"Romeins zal uitblinken in onbekende onbekenden. Het zal zeker zeldzame, exotische dingen die we niet verwachten, " zei Rianne.

"Romans gecombineerde beeldvormings- en spectroscopie-onderzoeken zullen de 'goudklompjes' verzamelen die we anders nooit zouden hebben gewonnen, ", voegde Ravindranath eraan toe.